18824

۱۸۸۲۴

مطالعه آزمايشگاهي و شبيه سازي CFD جداكننده راندمان بالا جهت حذف پودر سياه تحت تاثير ميدان مغناطيسي

كارشناسي ارشد

مدل سازي، شبيه سازي و كنترل فرايند

اسفند ۱۳۹۶

دكتر منصور شيرواني - دكتر سيد حسن هاشم آبادي

دكتر فريد توتونچيان

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين مطالعه جداسازي ذرات پودرسياه، در خطوط انتقال گاز، با استفاده از يك جداساز چندكاناله مارپيچي به‌صورت آزمايشگاهي و با استفاده از شبيه‌سازي CFD مطالعه شده است. راندمان و افت فشار دستگاه در شرايط عملياتي و تاثير ميدان مغناطيسي براي ميانگين اندازه ذرات پودر سياه µm 327/0 مشخص گرديده است. شبيه‌سازي CFD 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، براي حل هم‌زمان معادلات فشار و سرعت از الگوريتم SIMPLE و براي گسسته‌سازي ترم‌هاي جابجايي معادله مومنتوم از روش QUICK استفاده شده است. هم¬چنين براي شبيه سازي ميدان مغناطيسي از نرم¬افزار انسيس مكسول استفاده شده است. بعد از اعتبارسنجي متوسط خطايي در حدود 15 درصد براي راندمان مشاهده شده است. در بررسي تأثير شرايط عملياتي، سيستم در سرعت‌هاي ورودي تا m3/hr 120 و كسرهاي جرمي جامد ورودي تا 02/0 مورد مطالعه 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. به دليل نياز ساختار مغناطيسي به نيروي محركه مغناطيسي(MMF) زياد، ايجاد چگالي شار مورد نياز در فاصله هوايي 10 سانتي¬متر، مستلزم صرف هزينه و حجم زياد بود كه عملا اين فضا در سيكلون موجود محيا نبود. از اين رو در اين مطالعه، هم آهنرباي دائمي و هم آهنرباي الكتريكي در شبيه¬سازي¬ها مورد مطالعه قرار گرفت و در عمل به منظور كاهش هزينه و فضاي مورد نياز جهت المان¬هاي مغناطيسي، از آهنرباي دائمي استفاده شد. آزمايشات مربوط به ميدان مغناطيسي در سه بخش انجام شد. بخش اول با دو آهنربا، هر كدام با چگالي شار 3/0 تسلا كه روبه روي هم قرار گرفته بودند و به صورت ثابت بر بدنه جداكننده قرار داشتند. در بخش دوم نيز همانند بخش اول ولي با اين تفاوت كه دو آهنربا در هر دقيقه، يك بار باز و بسته مي شدند. در بخش سوم از چهار آهنربا استفاده شد به صورتي كه دو به دو بر روي هم قرار گرفته بودند و چگالي ميدان هر جفت در اين حالت 4/0 تسلا بود. نتايج نشان داد كه ميدان مغناطيسي در بخش اول باعث كاهش شديد راندمان، در بخش دوم حدود 1 درصد و در بخش سوم تا 5/1 درصد باعث افزايش راندمان شده است. اين در حالي است كه افزايش راندمان تا حدود 2/3 درصد در حالت شبيه سازي مشاهده گرديد.

1397/02/25

3/4/2018 12:00:00 AM

In this study, the separation of powder particles, derived from physical and chemical interactions in gas transmission lines, was studied using a multi-channel spiral separator experimentally and using computational fluid dynamics simulation. The efficiency and pressure drop of the machine in operating conditions and the effect of the magnetic field were determined on the black powder with the average particle size of 3.27 μm. CFD simulation was performed using a multi-phase olerian-olerian model for Air-Black powder flow using Fluent software. To simulate disturbances, the RNG k-ε model, which is both accurate and fast, is used. To solve the pressure and velocity equations simultaneously, the SIMPLE algorithm is used and the QUICK method is used to distribute the momentum equations. Also, for the simulation of the magnetic field, the Ansys Maxwell software version 17.2 has been used. In the validation of simulation results, an average error of about 15% is observed for efficiency with experimental results. In examining the effect of operating conditions, the system at input speeds up to 120 m³ / hr and mass fraction input of up to 0.02 were studied and the results showed that the highest efficiency was at the highest input speed and the mass fraction input have not had a specific effect on the results. Due to the need for a magnetic structure with a high magnetomotive force (MMF), the required flux density needed at an air gap of 10 cm demanded a great deal of cost and volume, which was practically non-existent in this cyclone. Therefore, in this study both permanent magnet and electric magnet were studied in simulations. In practice, permanent magnet was used to reduce the cost and wanted space for magnetic elements. Magnetic field tests were performed in three parts. The first part was arranged with two magnets which both of them have flux density of 0.3 Tesla, facing each other and fixed on the separator body. In the second part like in the first part, but with the difference that two magnets were opened and closed once in a minute that the magnetic field was interrupted and connected. In the third section, four magnets were used, so that they were placed on each other, and the flux density of each pair was 0.4 Tesla. experimental tests showed that the magnetic field in the first part caused a sharp reduction in efficiency, in the second part, about 1%, and in the third part, up to 1.5%, increased efficiency. However, an increase in efficiency of about 3.2% was observed in simulation mode