17447

17447

مطالعه تجربي و CFD ارتقا عملكرد جداسازي ذرات ميكروني با سيكلون مارپيچي چندكاناله

كارشناسي ارشد

طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيندها

اسفند 1395

دكتر سيد حسن هاشم آبادي - دكتر منصور شيرواني

شيمي، نفت و گاز

در اين مطالعه جداسازي ذرات پودرسياه، حاصل از فعل‌وانفعالات فيزيكي و شيميايي در خطوط انتقال گاز، از هوا با استفاده از يك جداساز چندكاناله مارپيچي به‌صورت آزمايشگاهي انجام‌گرفته است و با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك سيالات محاسباتي، راندمان و افت فشار دستگاه در شرايط عملياتي و تغييرات هندسي مختلف موردبررسي قرارگرفته است. ذرات پودرسياه مورد آزمايش از نمونه پودرهاي ايستگاه تقويت فشار ساوه است، كه ميانگين اندازه ذرات آن پس از انجام آزمون DLS و پردازش تصاوير SEM، µm 327/0 مشخص گرديده است. شبيه‌سازي CFD جداساز چندكاناله مارپيچي با استفاده از مدل چند فازي اولرين-اولرين براي جريان هوا-پودرسياه با نرم‌افزار فلوئنت انجام شده است. براي شبيه‌سازي اغتشاشات، از مدل اغتشاشي RNG k-ε كه هم از لحاظ دقت و هم از لحاظ سرعت مناسب است، استفاده‌شده است. براي حل هم‌زمان معادلات فشار و سرعت از الگوريتم SIMPLE و براي گسسته‌سازي ترم‌هاي جابجايي معادله مومنتوم از روش QUICK استفاده شده است. جهت اعتبارسنجي نتايج شبيه‌سازي، از داده‌هاي آزمايشگاهي براي مقايسه استفاده شده است و خطايي در حدود 10 درصد براي راندمان مشاهده شده است. در بررسي تأثير شرايط عملياتي، سيستم در سرعت‌هاي ورودي و كسرهاي جرمي جامد ورودي مختلف موردمطالعه قرار گرفته است و نتايج نشان داد كه بيشترين راندمان در بالاترين سرعت ورودي مي‌باشد و كسر جرمي جامد ورودي تأثير چنداني بر نتايج ندارد. تأثير پارامترهاي هندسي مختلف شامل زاويه پيچش كانال‌ها، زاويه مخروط داخلي، فاصله استوانه خروجي گاز تميز از خروجي كانال‌ها، كاهش تعداد كانال‌ها از 8 به 4 مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه با افزايش %57/28 در دبي حجمي ورودي، راندمان به ميزان %13 افزايش يافته است، همچنين با 3 برابر كردن كسر جرمي، تغييرات چنداني در راندمان مشاهده نمي‌شود. اگر تعداد كانال‌ها از 8 به 4 كاهش يابد راندمان كاهش چنداني ندارداما افت فشار افزايش مي‌يابد. با افزايش ميزان چرخش كانال‌ها، افت فشار افزايش مي‌يابد. با كاهش فاصله لوله خروجي گاز تميز از خروجي كانال‌هاي مارپيچ راندمان افزايش مي‌يابد. افزايش زاويه مخروط داخلي كانال‌ها نيز سبب بهبود راندمان مي‌شود.

1396/03/20

1/1/1900 12:00:00 AM

In this study separation of black powder with air experimentally have been studied by multi-channel spiral cyclones. The efficiency and pressure drop of multi-channel spiral cyclones have been investigated by CFD simulations in different geometry and operating conditions. Powder samples were selected from Saveh compressor station. Based on DLS test and SEM image processing, the average size of black powder samples is 0.327µm. CFD simulation of multi-channel spiral cyclones have been Studied by Eulerian-Eulerian Method with FLUENT software. The RNG k-ε turbulent model as an optimal Turbulence model was used. In order to coupling the momentum and continuity equation SIMPLE method has been implemented. Furthermore, QUICK method has been used for discretizing of convective momentum terms. The CFD simulations predicted the experimental data with a maximum deviation of 10%. Various flow rate and solids mass fraction has been investigated. Results Showed that maximum efficiency is the highest input speed. The effect of flow rate, solid mass fraction and geometric parameters include the channel torsion angle, the inner cone angle, the distance gas cleaning tube from channels exists, and reducing number of channels from 8 to 4 have been investigated numerically. The results showed that efficiency increase about 13 percent by 28.57 percent flow rate increasing and doesn’t change with increasing of mass fraction. Also efficiency doesn’t change with decreasing in number of channel from 8 to 4 although increase the Pressure drop. Pressure drop increases with channel Rotation rate. The efficiency was increased by reducing the distance of the cleaning gas outlet pipe from spiral channel output. Also efficiency was increased by increasing of channel cone angle.