30592

مدلسازي تبخير قطره كلوئيدي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- تبديل انرژي

1400

1402/11/29

حجت قاسمي

مكانيك

رطوبت‌گيري از مواد براي توليد يك محصول جامد به روش‌هاي مختلفي صورت مي‌گيرد كه مهم‌ترين روش موجود، روش گرمادهي است. كلوئيد، مخلوطي ناهمگن و حالتي بين محلول و سوسپانسيون است كه ذرات حل‌شونده در آن بزرگ‌تر از ذرات محلول‌ها هستند، اما درعين‌حال ريزتر از ذرات سوسپانسيون‌ها هستند و ته‌نشين نمي‌شوند. در اين پايان‌نامه به ارائه مدلي جهت تبخير قطرات كلوئيدي پرداخته شده است. نخست با مطالعه پژوهش‌هاي پيشين و آشنايي با روش‌هاي مدل‌سازي، سعي شده تا خلأهاي تحقيقاتي موجود شناسايي شوند. سپس روابط حاكم بر تبخير اين نوع قطرات موردمطالعه قرار گرفته و گسسته‌سازي شده و با يافتن الگوريتم حل، به كمك كدنويسي و روش عددي حل گرديده‌اند. در پايان شبيه‌سازي خشك‌شدن تك قطره سيليس كلوئيدي به‌عنوان نمونه انجام شده و پس از اعتبارسنجي به بررسي نتايج و نمودارهاي خروجي از مدل پرداخته شده است. مدل ارائه شده، فرايند خشك‌كردن قطرات را به دو مرحله تقسيم كرده و اثر انتقال حرارت و جرم را نيز بررسي مي‌كند. در مرحله اول، قطرات حاوي مواد جامد و مقدار زيادي مايع وارد محفظه خشك‌كن شده، گرماي محسوسي دريافت كرده و تبخير روي سطح اتفاق مي‌افتد و در نتيجه قطر قطره كوچك مي‌شود. هنگامي كه ميزان رطوبت قطره به مقدار بحراني مي‌رسد مرحله دوم آغاز مي‌شود. طي مرحله دوم يك پوسته جامد در اطراف هسته مرطوب تشكيل شده و رطوبت از طريق منافذ پوسته خارج مي‌شود تا قطره به ميزان رطوبت نهايي مدنظر برسد. اين مدل امكان پيش‌بيني فشار و توزيع كسر مخلوط هوا - بخار در منافذ پوسته را نيز فراهم مي‌كند. نتايج تبخير قطره سيليس كلوئيدي نشان داد كه اين قطرات به طور نامنظم منقبض شده و رطوبت درون آن آزادانه به سطح منتقل مي‌گردد كه نشان از ضعيف‌بودن پوسته تشكيل شده بوده و همچنين هيچ جوششي در مايع درون‌هسته مرطوب قطرات مشاهده نمي‌گردد. براي بخش اعظمي از فرايند خشك‌شدن، خشك‌كردن تك قطره سيليس كلوئيدي شبيه تبخير قطرات آب است.

1402/12/16

colloidal droplet evaporation modeling

2/17/2025 12:00:00 AM

Dehumidification of materials to produce a solid product is done in different ways, with the most important method being the heating method. A colloid is a heterogeneous mixture that exists state between a solution and a suspension. In which colloid, the dissolved particles are larger than the particles in a solution, but smaller than the particles in a suspension and do not settle. In this thesis, a model for the evaporation of colloidal droplets has been presented. First, previous research was studied to identify existing research gaps and familiarize with modeling methods. Then, the equations governing the evaporation of these droplets were studied and discretized. By finding the solution algorithm, the equations were solved using coding and numerical methods. Finally, a simulation of the drying of a single drop of colloidal silica was carried out as a sample. After validation, the results and output diagrams of the model were examined. The presented model divides the droplet drying process into two stages and also examines the effect of heat and mass transfer. In the first stage, droplets containing solid materials and a large amount of liquid enter the drying chamber, receive significant heat, and evaporation occurs on the surface. As a result, the droplet diameter decreases. When the moisture content of the drop reaches a critical value, the second stage begins. During the second stage, a solid shell is formed around the wet core and the moisture is removed through the pores of the shell, resulting in the drop reaching its final moisture content. This model also allows for predicting the pressure and distribution of the air-steam mixture fraction in the pores of the shell. The results of colloidal silica droplet evaporation showed that these drops shrink irregularly and the moisture inside is freely transferred to the surface, indicating the weakness of the formed shell. No boiling is observed in the liquid inside the moist core of the drops. For most of the drying process, the drying of a single drop of colloidal silica is similar to the evaporation of water droplets.

قطره كلوئيدي , خشك‌كردن تك قطره , نرخ تبخير , منحني خشك‌كردن

drying curve , Evaporation Rate , single droplet drying , Colloidal droplet

Ali Monsef

Hojat Ghassemi