17626

17626

بررسي عددي پارامترهاي هيدروديناميكي حباب كاويتاسيون ايجاد شده توسط امواج فراصوت

كارشناسي ارشد

طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيندها

بهمن 1395

دكتر شاهرخ شاه حسيني

شيمي

با توجه به كاربرد نسبتاً گسترده‌اي كه امواج اولتراسونيك در زمينه¬هاي مختلف در سال‌هاي اخير پيداكرده است مي‌بايستي در زمينه¬هاي زيادي به بررسي رفتار اين امواج، تأثيرات و روش‌هاي بهبود آن پرداخت. يكي از راه‌هاي شناخت اثرات و تأثيرات اين امواج شبيه‌سازي و مدل‌سازي آن‌ها مي‌باشد كه با اين شبيه‌سازي مي‌توان تا حد زيادي از انجام آزمايش‌هاي پرهزينه كاست. امواج اولتراسونيك مورداستفاده در اين تحقيق باعث به وجود آمدن حباب‌هاي كاويتاسيون شده كه با فروپاشي خود شرايط ويژه‌اي را ايجاد مي‌كنند كه مي توان از اين شرايط بوجود آمده بهره جست. افزايش بسيار زياد دما در نقطه¬ي فروپاشي حباب يكي از همين خواص است كه باعث پيشرفت واكنش مي گردد، از ديگر شرايط بوجود آمده اختلاط بعد از فروپاشي حباب است. بعد از فروپاشي علاوه بر اختلاط اين فروپاشي باعث تكه تكه شدن مولكول هاو يا حتي تضعيف برخي پيوندها مي شود. با حل معادلات حركتي، حرارتي و انتقال جرمي سعي شده با ساده‌سازي‌هايي با استفاده از روش عددي به پيش‌بيني رفتار حباب پرداخت؛ كه اين پيش‌بيني شامل شعاع لحظه‌اي حباب و مشخص شدن زمان فروپاشي آن و همچنين دما و فشار دروني حباب است. فشار دروني حباب كه يكي از مهم‌ترين تأثيرات استفاده از امواج اولتراسونيك است را مي‌توان با استفاده از اين شبيه‌سازي بدست آورد. براي مشاهده ميزان نفوذ و انتقال جرم نيز با استفاده از تعداد مولكول‌هاي درون حباب به‌صورت لحظه‌اي مي‌توان به‌شدت اين نفوذ پي برد. با مدل كردن حباب در محيط موردنظر مي‌توان اين امكان را داشت كه با تغيير شرايط تأثيرگذار بر حباب بهترين و بهينه¬ترين شرايط را براي سيستم موردنظر پيدا كرد. در اينجا با شبيه‌سازي حباب با معادلات مربوطه و حل عددي آن به بررسي 7 پارامتر مختلف و تغيير آن در شرايط يكسان پرداختيم كه هركدام از اين پارامترها با افزايش يا كاهش خود در سيستم ما تأثيرات مثبت يا منفي بر جاي گذاشتند و حتي در مواردي هم با تغيير پارامتر شرايط در سيستم تغييري نكرده است.

1396/04/31

1/1/1900 12:00:00 AM

According to wide range of ultrasonic waves uses in different areas in recent years, the investigation of them must be done in different aspect such as the behavior of the waves and different ways to improve their effect. One way to understand the effects and implication of the waves is simulation and modeling their behavior in different medium. by these approach we can reduce the cost of experimental analysis. Ultrasonic waves used in this study generate cavitation bubbles, which provide critical situation by collapsing in different areas. A huge increase in temperature, when the bubble collapsed, is one of those properties that results in reaction proceed. Mixing is another effect after the collapsing of the bubble. After the collapsing and mixing, fragmentation of molecules or even discourage of some intermolecular bonding is another important effects than can be seen by propagation of wave in the medium. By solving the equation of motion, heat and mass transfer with some simplifications, behavior of bubbles was predicted. Pressure inside the bubble that is one of the most significant effects of the use of ultrasonic waves can be obtained by these simulations. To see how much diffusion and mass transfer occur, the number of molecules inside the bubble as the moment passed, was calculated. By modeling the bubble in specific medium, it can be possible to reach the optimum condition by changing the effecting parameters. In this study by modeling the bubble and solve the related equations, the effect of 7 different parameters was investigated. Each of these parameters by increasing or decreasing in their quantity, cause negative or positive effects. Even in some cases by changing the quantity of the parameter, the condition of the system wasn’t changed.