33070

شبيه‌سازي CFD و مطالعه تجربي تأثير پارامترهاي مختلف عملياتي بر توليد بار الكتريسيته ساكن جهت استفاده در سامانه اندازه گيري ذره پليمري در گاز

دكترا

مهندسي شيمي

1395

1403/08/20

دكتر سيد حسن هاشم آبادي

دكتر گودرز احمدي

مهندسي شيمي

محصول مي‌شود. محققين بسياري بر جنبه‌هاي مختلف سيستم‌هاي گاز- ذره (پليمري) تحقيق كرده‌اند و تاثير عوامل مختلف مانند سرعت برخورد، جنس ذره، جنس لوله، قطر ذره و ديگر پارامترهاي موثر را بر ميزان بار توليد شده را بررسي كرده‌اند. استفاده از روش شبيه سازي CFD-DEM جهت بررسي رفتار جريان دو فازي گاز- ذره پليمري مي‌تواند درك ما را از تاثير پارامترهاي مختلف بر رفتار جربان در شرايط مختلف عملياتي بهبود دهد. در اين پروژه در ابتدا كد نرم‌افزار LIGGGHTS جهت بررسي رفتار تك ذره و تاثير پارامترهاي مختلف مانند سرعت برخورد، قطر ذره، جنس ذره و سطح تماس با افزودن معادلات كندانسور توسعه داده شده است. سپس در شبيه سازي DEM رفتار تك ذره در شرايط مختلف عملياتي و تاثير آن در تعيين پارمترهاي K و C مدل كندانسور بررسي مي‌شود. در مرحله بعد با روش CFD-DEM يك جريان گاز - ذره در سيستم انتقال پودر شبيه سازي شده و پارامترهاي موثر بر ميزان توليد بار الكترواستاتيك بررسي مي‌گردد. براساس نتايج بدست آمده، الگوي جريان در شرايط مختلف عملياتي تحليل مي‌گردد. در بخش پاياني رابطه بين دبي جرمي ذره‌ها و ميزان بار توليد شده براساس نتايج شبيه سازي بررسي مي‌گردد. نتايج شبيه سازي نشان مي دهد كه عوامل موثري چون سرعت برخورد، قطر ذره و تعداد ذرات تاثير قابل توجهي بر ميزان انتقال بار ذره پس از برخورد با سطح لوله دارند. همچنين تغيير پارامتر K با سرعت برخورد نسبت به حالتي كه براي تمام سرعت ها ثابت در نظر گرفته مي شود، منجر به كاهش چشمگير خطاي محاسبات مي گردد. تغيير قطر ذره تنها بر تعيين پارامتر C مدل كندانسور تاثير دارد و با افزايش آن مي بايست مقدار كمتري براي پارامتر C انتخاب گردد. علاوه بر اين، نتايج شبيه سازي ها نشان مي دهند كه سيستم پس از گذشت چند گام زماني مشخص از ورود ذرات به لوله، به يك وضعيت تعادلي در ميزان بار الكترواستاتيك مي رسد. افزايش تعداد ذره ها تاثير چنداني بر زمان رسيدن به حالت تعادلي سيستم از نظر بار الكترواستاتيك ندارد اما باعث افزايش ميزان آن مي گردد. اين اطلاعات منجر به ارائه يك رابطه جهت تعيين دبي جرمي ذرات براساس ميزان بار الكترواستاتيك اندازه گيري شده در سيستم انتقال شده است.

1403/11/29

CFD simulation and experimental study of the effect of various operating parameters on the generation of static electricity charge for use in a polymer particle measurement system in gas

11/10/2025 12:00:00 AM

The potential difference between polymer particles and metal surfaces in powder transfer systems causes problems such as high pressure drop, increased energy consumption, blockage of the transfer path, and reduced product quality. Many researchers have investigated various aspects of gas-particle (polymer) systems and have investigated the effects of various factors such as collision velocity, particle material, tube material, particle diameter, and other effective parameters on the amount of charge produced. Using CFD-DEM simulation to investigate the behavior of two-phase gas-polymer particle flow can improve our understanding of the effects of various parameters on the behavior of the compensation in different operating conditions. In this project, the LIGGGHTS software code was initially developed to investigate the behavior of a single particle and the effects of various parameters such as collision velocity, particle diameter, particle material, and contact area by adding condenser equations. Then, in DEM simulation, the behavior of a single particle in different operating conditions and its effect on determining the K and C parameters of the condenser model are investigated. In the next step, a gas-particle flow in a powder transfer system is simulated using the CFD-DEM method and the parameters affecting the electrostatic charge generation rate are investigated. Based on the obtained results, the flow pattern is analyzed under different operating conditions. In the final section, the relationship between the particle mass flow rate and the charge generated rate is investigated based on the simulation results. The simulation results show that effective factors such as impact velocity, particle diameter, and number of particles have a significant effect on the charge transfer rate of particles after impacting the pipe surface. Also, changing the parameter K with the impact velocity compared to the case where it is considered constant for all velocities leads to a significant reduction in the calculation error. Changing the particle diameter only affects the determination of the parameter C of the condenser model, and by increasing it, a smaller value for the parameter C should be selected. In addition, the simulation results show that the system reaches an equilibrium state in the electrostatic charge rate after a few specific time steps have passed since the particles enter the pipe. Increasing the number of particles does not significantly affect the time it takes for the system to reach equilibrium in terms of electrostatic charge, but it does increase its amount. This information has led to the presentation of a relationship for determining the mass flow rate of particles based on the amount of electrostatic charge measured in the transfer system.

بار الكترواستاتيك , شبيه سازي ديناميك سيالات , جريان رقيق گاز ذره , مدل كندانسور

electrostatic charge , CFD , dilute gas -solid flow , condenser model

Adel sharifi

seyed hassan hashemabadi