21081

۲۱۰۸۱

مدل سازي ديناميك حباب در راكتورهاي كاويتاسيون هيدروديناميكي

كارشناسي ارشد

كنترل، مدل سازي و شبيه سازي

۱۳۹۵-۱۳۹۷

۱۳۹۸/۳/۱

دكتر محمدتقي صادقي

مهندسي نفت، گاز و پتروشيمي

كاويتاسيون به عنوان پديده¬¬اي براي ايجاد، رشد و فروپاشي حباب¬هاي در اندازه ميكرو، شناخته مي¬شود. سيستمي كه پديده كاويتاسيون در آن رخ مي¬دهد، راكتورهاي كاويتاسيون هيدروديناميكي مي¬نامند. اين راكتورها در فرايندهاي تصفيه، ضدعفوني آب، تجزيه مواد، توليد نانوذرات و ... مورد استفاده قرار مي¬گيرند . هنگام فروپاشي حباب¬هاي كاويتاسيوني، دما و فشار بسيار زيادي ايجاد مي¬گردد. بخاطر دما و فشار بالا، راديكال¬هاي آزاد ايجاد مي¬شوند. اين اثرات در برخي فرايندها مطلوب و در برخي ديگر نامطلوب مي¬باشند. در اين تحقيق با استفاده از معادلات كيلر-ميكسس، جرم و انرژي، ديناميك رفتار حباب، شعاع، دما، فشار، ميزان نفوذ گازهاي نفوذپذير در حباب، پيش¬بيني گرديد. براي اين منظور پارامترهاي فشار خروجي، شعاع اوليه حباب، نسبت قطر گلوگاه به قطر لوله پايين¬دستي، دما، عدد كاويتاسيون و نوع گاز نفوذناپذير مورد بررسي قرار گرفتند. با توجه به تحليل¬هاي انجام شده، نتيجه¬گيري شد كه عامل اصلي بر ديناميك حباب، فشار خارجي بالك سيال مي¬باشد كه ساير پارامترها را مي¬تواند تحت ¬تاثير قرار دهد. همچنين ميزان نفوذ گازهاي نفوذ¬پذير، ويژگي هندسه¬ي و دماي سيال، تاثير بسزايي در طول عمر حباب¬ دارند. دما و فشار بدست آمده از مدلسازي به ترتيب در حدود 3000-5000 كلوين و 4000-8000 اتمسفر محاسبه شد. همچنين تعداد مولكول¬هاي گازهاي نفوذپذير در درون حباب در مقياس 1017 مولكول بدست آمده¬است.

1398/06/16

Modeling of Bubble Dynamics in Hydrodynamic Cavitation Reactors

5/21/2020 12:00:00 AM

Cavitation is known as a phenomenon for the creation, growth, and collapse (cave) of micro-sized bubbles. A system in which cavitation occurs is called hydrodynamic cavitation reactors. These reactors are used in processes such as Purification processes, water disinfection, material decomposition, production of nanoparticles and so on. During the collapse of cavitation bubbles, a lot of temperature and pressure created. Due to the high temperature and pressure, free radicals are formed. These effects are favorable in some processes and in others undesirable. In this study, the prediction was made using Keller-Miksis equations, and mass and energy equations, the dynamic behavior of the bubble radius, temperature, pressure, penetration of permeable gas in the bubbles, was predicted. For this purpose, the parameters of outlet pressure, initial bubble radius, bottleneck diameter to downstream pipe diameter ratio, temperature, cavitation number, and impermeable gas type were investigated. Based on the analysis performed, it was concluded that the main factor affecting the bubble dynamics is the external pressure of the fluid bulk which can affect other parameters. Also, the permeability of permeable gases, the geometrical characteristics, and the fluid temperature have a significant impact on the life span of the bubble. The temperature and pressure obtained from the modeling were calculated to be about 5000-5000 K and 8000-4000 atm, respectively. Also, the number of permeable gases molecules inside the bubble are derived in 1017 scale