19347

۱۹۳۴۷

تاثير الگوي تزريق گاز بر اختلاط ذرات در بسترهاي سيال گاز-جامد

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

۱۳۹۴

۱۳۹۷/۰۲/۲۹

دكتر سلمان موحدي راد

مهندسي شيمي نفت و گاز

چكيده بسترهاي سيال گاز-جامد، به دليل فراهم نمودن نرخ بالاي انتقال جرم و حرارت، يكي از پركاربردترين تجهيزات صنعتي مي¬باشند. يكي از پارامترهاي مؤثر در عملكرد بسترهاي سيال، اختلاط ذرات مي¬باشد. در اين پژوهش با استفاده از شبيه‌سازي ‌هاي CFD-DEM به مطالعه اختلاط كلي و محلي در يك بسترسيال گاز-جامد پرداخته¬ايم. به¬منظور بهبود كيفيت اختلاط از الگوهاي مختلف تزريق، شامل متمايل به مركز (CeOIP)، متمايل به كناره¬ها (CoOIP) و يكنواخت (UIP) استفاده شده است. در محاسبه كمي اختلاط كلي (ماكرو) و محلي (ميكرو) به ترتيب از شاخص نزديك‌ترين فاصله و مفاهيم مدل¬سازي تئوري سينتيكي جريان¬هاي دانه اي استفاده شده است. اعتبارسنجي با استفاده از مقايسه متوسط حركت ذرات شبيه¬سازي¬ها با آزمايش تجربي انجام شده است. براي بدست آوردن الگوي متوسط حركت درات از يك بستر شبه-دوبعدي و روش PIV-DIA استفاده شده است. نتايج شبيه سازي در سرعت هاي مختلف هواي ورودي به ترتيب 25/1، 5/1، 75/1 و 2 برابر سرعت Umf و قطر ذرات به ترتيب 2، 5/2 و 3 ميليمتر نشان مي¬دهد؛ با افزايش سرعت هواي ورودي از Umf25/1 تا Umf2، زمان اختلاط كلي در دو جهت طولي و عرضي در تمامي الگوهاي تزريق كاهش مي¬يابد. در اختلاط عرضي، الگوي متمايل به مركز در سرعت¬ Umf25/1، Umf75/1 و Umf 2 داراي كمترين زمان رسيدن به اختلاط مي¬باشد و در سرعت¬ Umf5/1، الگوي متمايل به كناره¬ها باعث كاهش زمان اختلاط مي¬شود. با افزايش سايز ذرات از 2 تا 3 الگوي تزريق يكنواخت باعث بهبود كيفيت اختلاط عرضي مي¬شود. در اختلاط طولي، الگوي متمايل به مركز در همه¬ي سرعت¬ها، كمترين زمان در رسيدن به اختلاط را دارد و با افزايش سايز ذرات، الگوي تزريق يكنواخت باعث بهبود كيفيت اختلاط مي¬شود. در بررسي اختلاط محلي، با افزايش سرعت هواي ورودي در تمامي الگوها، متوسط دماي دانه¬اي، متوسط ضريب نفوذ، متوسط دماي دانه¬اي حبابي و متوسط ضريب پخش در طول بستر افزايش مي¬يابد. در تمامي سرعت¬هاي هواي ورودي، الگوي متمايل به مركز، متوسط دماي دانه¬اي و متوسط ضريب نفوذ و در، الگوي متمايل به كناره¬ها، متوسط دماي دانه¬اي حبابي و متوسط ضريب پخش بالاتري را در طول بستر نشان مي¬دهد. در تمامي الگوهاي تزريق، ذرات با بيشترين قطر، داراي متوسط دماي دانه¬اي و متوسط ضريب نفوذ بالاتر و ذرات با كمترين قطر، داراي متوسط دماي دانه¬اي حبابي و متوسط ضريب پخش بيشتري، درطول بستر هستند. واژه‌هاي كليدي: اختلاط، الگوي تزريق، بسترسيال، CFD-DEM، PIV-DIA

1397/06/26

Effect of gas injection pattern on the mixing of particles in gas-solid fluidized bed

9/17/2018 12:00:00 AM

Abstract: Gas-solid fluidized-beds are practical equipment in the chemical industry due to the high rate of heat and mass transfer. One of the effective parameters on the performance of this fluidized-beds is the mixing of particles. In this study, we choose CFD-DEM simulations to study the Global (macro) and local (micro) mixing. Various injection patterns, including center oriented (CeOIP), corner oriented (CoOIP) and uniform (UIP) have been used to check the mixing quality. In order to calculate the global and local mixing, respectively, the nearest distance method and the correlation in kinetic theory of granular flows, are manipulated. By using the particles averaged moving patterns, validation of simulation results is performed. The pseudo 2-dimensional bed and the PIV-DIA method have been employed to obtain the particles averaged moving patterns. Simulation results at different air inlet velocities achieved 1.25, 1.5, 1.75 and 2 times the Umf and particle diameter of 2, 2.5 and 3 mm. In x-direction mixing, the CeOIP at 1.25 Umf, 1.75 Umf, and 2 inlet Umf velocities has the lowest time to mix, and at 1.5 Umf, the CoOIP decrease mixing time. By increasing the particle diameter from 2 to 3, UIP improves the quality of mixing. In the y-direction mixing, the CeOIP at all speeds has the lowest time to achieve mixing, and by increasing the particle diameter, the UIP had the best mixing quality. In the study of local mixing, with increasing inlet air velocity in all patterns, the averaged granular temperature, averaged diffusion coefficient, averaged bubble granular temperature, and averaged dispersion coefficient increases along the bed. At all the inflow velocities, the CeOIP has the highest averaged granular temperature and averaged diffusion coefficient and CoOIP, has the highest averaged bubble granular temperature, and averaged dispersion coefficient along the bed. In all injection patterns, the particles with the highest diameter have the highest averaged granular temperature and averaged diffusion coefficient, and particles with the lowest diameter, have the highest averaged bubble granular temperature and averaged dispersion coefficient along the bed. Keywords: injection pattern, CFD-DEM, fluidized bed, mixing, PIV-DIA