در اين مطالعه به موضوع شبيه‌سازي جريان دوفازي گاز و مايع بر روي سيني كلاهكي پرداخته ‌شده است. هدف از اين كار توسعه‌ي مدلي با استفاده از ابزار ديناميك سيالات محاسباتي است كه قادر باشد پارامترهاي هيدروديناميكي اين نوع از سيني‌ها را پيش‌بيني كند. نرم‌افزار تجاري گمبيت براي رسم هندسه و شبكه‌بندي آن و نرم‌افزار فلوئنت براي تعريف فيزيك مسئله، اعمال شرايط مرزي، پياده‌سازي معادلات حاكم و اجراي مدل به‌كاربرده شده است. در اين راستا مدل سه‌بعدي دوفازي در چارچوب اولرين اولرين با صرف‌نظر از معادلات انتقال جرم و حرارت پيشنهاد شده است. حل معادلات اصلي نيازمند معادلات كمكي است كه بدين منظور از معادلات برهم‌كنش بين‌فازي و معادلات اغتشاشk- ε استاندارد كه هم از نظر دقت و هم از نظر زمان محاسباتي مناسب است، استفاده شده است. در ادامه رابطه‌اي تجربي براي ماندگي متوسط گاز در ناحيه‌ي سركف توسعه داده شده كه بر مبناي ارتفاع زلال مايع حاصل از آزمايش‌هاي انجام‌شده مي‌باشد. با جايگذاري اين رابطه در عبارت مومنتوم بين‌فازي يك ترم منبع براي پيش‌بيني تراكنش‌هاي بين فازي به اين معادلات اضافه شده است كه ناشي از نيروي درگ مي‌باشد. به منظور اعتبار سنجي نتايج حاصل از شبيه‌سازي، از داده‎هاي آزمايشگاهي ارتفاع زلال مايع كه با مشاركت شركت آذر انرژي در اين پژوهش به دست آمد، استفاده شده و در نهايت اختلاف حدود 13 درصدي نتايج با داده‌هاي تجربي مشاهده شده است. همچنين بررسي دو نيروي بين‌فازي مختلف بر مبناي ضريب درگ ثابت 44/0 و ضريب درگ متغير كه در آن از رابطه‌ي توسعه داده‌شده براي كسر حجمي متوسط گاز استفاده شده است، نشان داد استفاده از ضريب درگ متغير نسبت به حالت ثابت ميزان خطا را از حدود 22درصد به حدود 13 كاهش داده است. اين موضوع گواه اين حقيقت است كه ضريب درگ ثابت 44/0 عليرغم اينكه مناسب جريان حبابي گاز در مايع است، براي رژيم سركف در برج تقطير چندان مناسب نيست. لذا انتخاب اصلي در اين شبيه‌سازي، گزينه‌ي اول است. شبيه‌سازي در محدوده‌ي وسيعي از دبي گاز و مايع انجام شده و توزيع سرعت و فشار، ارتفاع زلال مايع، ارتفاع سركف، توزيع كسرحجمي مايع و مقدار متوسط كسر حجمي فازها در ناحيه‌ي سركف پيش‌بيني شده كه تأثير به سزايي در آناليز و طراحي سيني‌ها دارد. واژه‌هاي كليدي: ديناميك سيالات محاسباتي، شبيه‌سازي، سيني كلاهكي، پارامترهاي هيدروديناميك

1396/03/30

1/1/1900 12:00:00 AM

In this study, numerical simulations of gas-liquid flow behavior of bubble cap tray have been done. The aim of this work is to develop a Computational Fluid Dynamic (CFD) model enable of predicting the hydrodynamic parameters of any desired system. The CFD analysis and simulations were performed by using the Commercial package FLUENT 16. A transient three-dimensional model in Eulerian framework with standard k-ε turbulence model has been developed, ignoring mass and energy transfer equations. For this purpose a new correlation of liquid hold-up has been developed using Genetic Algorithm based on the experimental clear liquid height data. By substitution of this correlation in drag force relation, the source term has been added to the momentum equations. The standard k-ε model has been used as the Turbulence model. In order to validate the results of the simulation, the experimental data of clear liquid height which was obtained with Azar Energy Company, has been applied. Finally the error of 13% has been observed compared to experimental data. The results showed that the using of variable drag coefficient decrease the error from about 22% to about 13%. Actually constant value of 0.44 for drag coefficient which was suitable for uniform bubbly flow but not appropriate for froth or spray regimes. Simulations have been carried out over a wide range of liquid and vapor flow rates and the predicted results have been found to be in reasonable agreement with the experimental data. Velocity and pressure distributions, clear liquid height, froth height, and liquid holdup fraction in the froth region have been predicted, which are beneficial in analysis and design of the column trays. Keywords: Computational Fluid Dynamics (CFD), Simulation, Bubble cap tray, Hydrodynamic parameter.