آشنایی با سیکون‌ها (سیال عامل هوا)
سیکلون دستگاه جداسازی است که با استفاده از اصل اینرسی، ذرات معلق در گازهای دودکش، هوا یا بخار مایع را بدون استفاده از فیلتر حذف میکند. اینرسی یا لختی خاصیتی از یک جسم است که در برابر تغییر سرعت و یا تغییر جهت حرکت جسم مقاومت میکند. هرچه جرم یک جسم بیشتر، لختی یا اینرسی آن بیشتر است.
جداکننده‌ها به پیش تمیز کننده نیز معروف هستند. پیش تمیز کننده دستگاهی است که در سیستم ورودی موتور قبل از دستگاه تمیز کننده هوا نصب شده است و بیشتر خاک و آلودگی هوای ورودی را از بین می‌برد.
در سیکلون یک جریان چرخشی با سرعت بالا در یک ظرف استوانه‌ای یا مخروطی ایجاد میشود. قبل از اینکه ذرات از مسیر مستقیمی که در وسط و بالای سیکلون قرار دارد خارج شود، جریان به صورت مارپیچ از قسمت بالایی و عریض سیکلون به سمت انتهاییِ باریک پایین سیکلون پیشروی میکند. ذرات بزرگتر و چگالتر در جریان‌های چرخشی متحمل نیروی اینرسی زیادی میشوند به طوریکه نمیتوانند مسیر باریک جریان که یک منحنی است را دنبال کنند و در نتیجه به دیواره‌های بیرونی برخورد کرده و به انتهای سیکلون سقوط میکنند که در آنجا میتوان این ذرات را جدا کرد.
مدلسازی سیکلون به روش فاز گسسته با استفاده از انسیس فلوئنت
به منظور آشنایی بیشتر شما با مکانیزم سیکون، یک جداکننده سیکلونی در نظر گرفتیم و قرار است با استفاده از مدل فاز گسسته (DPM) انسیس فلوئنت آن را مورد بررسی قرار دهیم. ما شبیه سازی خود را با استفاده از ذراتی از جنس آنتراسیت (Anthracite) انجام می دهیم؛ آنتراسیت نوعی زغال سنگ است که حاوی کربن نسبتاً خالص است و با شعله و دود کمی میسوزد. سیال ورودی هم آب در نظر گرفته شده است. این شبیه سازی با در نظر گرفتن ۴ حالت مختلف برای شرایط مرزی انجام شده است ( بازگشت ذرات (reflect)، به دام انداختن (trap)، فرّار بودن (escape) و جت دیواره (Walljet)) و همچنین در حالتی که ذرات بعد از برخورد با سطح بازگشت دارند (reflect). هم چنین تعداد ذراتی که از ناحیه ورودی عبور میکنند متغیر هستند. (در این بخش فقط نتایج یک حالت گزارش شده است)
هدف ما از این شبیه سازی :
- تجزیه و تحلیل کردن ۴ حالت مختلف برای شرایط مرزی در ورودی (بازگشت ذرات (reflect)، به دام انداختن (trap)، فرار کردن (escape) و جت دیواره (Walljet))
- تغییر دادن تعداد ذرات ورودی با استفاده از شرط مرزی بازگشت ذرات
- انجام فرآیند پس پردازش و نتیجه گیری از جواب‌های بدست آمده در فلوئنت
شکل سمت چپ مدل اصلی میباشد که شامل جداکننده سیکلونی و قاب نگهدارنده آن میباشد. برای شروع تحلیل باید حجم مایع را از داخل جداکننده سیکلونی خارج کنیم (شکل سمت راست).
در جهت تولید شبکه از المات‌های چهاروجهی استفاده شده است که به منظور بررسی استقلال از شبکه، میتوان تراکم شبکه را کم و زیاد کرده و نتایج حاصل را با هم مقایسه کرد.
تنظیمات مربوط به شبیه سازی سیکلون (جداساز) در نرم افزار انسیس فلوئنت به شرح زیر است:
- حل به صورت پایا
- حلگر فشار مبنا
- شتاب جاذبه فعال
- مدل آشفتگی RNG K epsilon
- جنس ماده‌ی تزریق شده: زغال سنگ
- سرعت جریان ورودی ۳ متر بر ثانیه
- قطر ذرات تزریق شده: ۵ میکرومتر
- نحوه تزریق: از سطح ورودی
- مقداردهی اولیه : به روش استاندارد و از مرز ورودی
زمان ذرات نشان داده شده در شکل‌های زیر در واقع مدت زمان اقامت ذرات را بر حسب ثانیه نشان میدهد. این شکل‌ها اطلاعات خارج شده از حل مسئله به‌وسیله‌ی نرم افزار فلوئنت است. این اطلاعات وارد بخش پس پردازشی شده ANSYS CFD-Post و ردیابی مسیر حرکت ذرات نشان داده شده است. با تغییر در سایز شبکه تعداد مسیرهای حرکات ذرات متفاوت است. به این معنا که هرچه شبکه ریزتر باشد میتوان ذرات ردیابی شده بیشتری را مورد بررسی قرار داد و اگر شبکه درشت باشد ذرات کمتری را میتوان ردیابی کرد.
ترسیم طرحواره (کانتور) سرعت با استفاده از Vortex Core Region در نرم افزار CFD-Post
با استفاده از مدل ویسکوز k-epsilon RNG که در جریان‌های چرخشی دارای دقت بسیار بالایی است، توانستیم حرکت پیچشی جریان را با به نمایش در آوردن طرحواره سرعت در نواحی داخلی جداکننده، مشاهده کنیم.
طرحواره فشار در سیکلون
با یک توزیع فشار غیریکسان در داخل جداکننده روبرو هستیم؛ در نواحی ورودی و مخروطی جداکننده که جزو مناطق با فشار بالا هستند، ذرات چگالتر به دیواره‌ها ضربه وارد میکنند و از آنجائیکه به دیواره‌ها نزدیک هستند باعث بروز فرسایش در آن نواحی میشوند.
برای مشاوره و انجام شبیه سازی سیکلون در نرم افزار فلوئنت، با ما در تماس باشید.
جداکننده‌های هیدروسیکلون (سیال عامل آب)
هیدروسیکلون وسیله‌ای برای طبقه بندی، جداسازی یا دسته بندی ذرات در یک سوسپانسیون مایع بر اساس نسبت نیروی مرکز به مقاومت سیال است. این نسبت برای ذرات متراکم (در مواردی که جداسازی بر اساس چگالی لازم است) و درشت (جایی که جداسازی بر اساس اندازه لازم است) زیاد است و برای ذرات سبک و ریز کم است. هیدروسیکلون ها همچنین در جداسازی مایعات با چگالی‌های مختلف کاربرد دارند.
هیدروسیکلون‌ها معمولاً دارای یک بخش استوانه‌ای در بالای خود هستند که مایع به صورت مماسی وارد آن میشود و یک پایه مخروطی شکل دارند. زاویه، یا به عبارتی طول بخش مخروطی، در تعیین ویژگی‌های عملیاتی نقش دارد.
یک هیدروسیکلون دو خروجی روی محور دارد: خروجی کوچکتر در قسمت پایینی (جریان زیرین یا Reject) و یک خروجی بزرگتر در قسمت بالایی (سرریز یا Accept). جریان زیرین معمولاً کسر چگالتر یا درشت تر است، در حالی که سرریز کسری سبکتر یا ریزتر میباشد.
در داخل سیلیکون، نیروی گریز از مرکز با مقاومت سیال مقابله میکند که باعث میشود ذرات بزرگتر یا سنگین‌تر به دیواره‌ها منتقل شوند و به سمت قسمت پایینی (Reject) حرکت کنند و در نهایت از آن خارج شوند، در حالیکه ذرات ریزتر یا سبکتر در سیال باقی میمانند و از سمت سرریز (Accept) از طریق لوله‌ای که داخل بدنه سیکلون در مرکز آن کمی گسترش یافته است، خارج میشوند.
هیدروسیکلون‌های مستقیم ذرات متراک‌متر را از سیال اطراف جدا میکنند در حالیکه هیدروسیکلون‌های معکوس ذراتی را که چگالی کمتری نسبت به سیال اطراف دارند، حذف می کنند. در هیدروسیکلون‌های معکوس سرریز در راس و جریان زیرین در پایه قرار دارد. همچنین هیدروسیکلون‌های جریان موازی وجود دارد که در آنها هم سرریز و هم جریان زیرین در راس آنها، حذف میشوند. هیدروسیکلون‌های جریان موازی ذرات سبکتر از سیال اطراف را جدا میکنند.
هیدروسیکلون‌ها میتوانند از فلز (یا معمولاً فولاد)، سرامیک یا پلاستیک (مانند پلی اورتان، پلی پروپیلن یا انواع دیگر) ساخته شوند. از هیدروسیکلون های فلزی یا سرامیکی زمانیکه به استحکام یا دوام بیشتری در مقابل گرما یا فشار نیاز دارند، استفاده میشود. هنگامی که ساییدگی زیادی رخ میدهد (مانند ذرات شن و ماسه)، هیدروسیکلون های از جنس پلی یورتان عملکرد بهتری نسبت به هیدروسیکلون های فلزی یا سرامیکی دارند. در مواقعی هم که فشار بالاست و هم ساییدگی رخ میدهد از هیدروسیکلون‌های فلزی که با پلی اورتان روکش شده است، استفاده میشود.
بازده هیدروسیکلون:
هیدروسیکلون اغلب برای جدا کردن مواد سنگین از مخلوط مایعی که از یک پمپ گریز از مرکز یا سایر سیستم‌های جریان پیوسته با سیال تحت فشار منشا می‌گیرد، استفاده میشود. یک هیدروسیکلون به احتمال زیاد گزینه مناسبی برای فرآیندهایی است که در آن مواد “سبک” بخش بزرگی از مخلوط را تشکیل می‌دهند و مواد “سنگین” به راحتی ته نشین میشوند.
به طور کلی، هیدروسیکلون‌ها در سیستم‌های جریان پیوسته استفاده میشوند، به‌طوری‌که جریان ورودی مایع به هیدروسیکلون در هر لحظه برابر با کل جریان خروجی مواد “رقیق” به علاوه مواد “غلیظ” میباشد. در مواردی که مواد “غلیظ” بخش بسیار کوچکی از کل مایع هستند، گاهی اوقات جمع آوری آنها در انتهای هیدروسیکلون برای حذف دسته‌ای آنها، مفید است.
راندمان جداسازی یک هیدروسیکلون را که تحت مجموعه خاصی از شرایط در حال استفاده میباشد، میتوان بر حسب غلظت مواد “سنگین (Heavies)” موجود در جریان خروجی “سبک (Lights)” به عنوان درصدی از کل مواد “سنگین” ورودی توصیف کرد.
بعنوان مثال:
بارگذاری مواد “سنگین” در جریان ورودی = %۲٫۴
بارگذاری مواد “سنگین” در جریان خروجی “رقیق” = %۰٫۲
راندمان جداسازی : %۹۱٫۷ = %۱۰۰×(۲٫۴ / (۰٫۲-۲٫۴))
محاسبات جداسازی درصد حجمی (%v/v) معمولاً سریع‌تر و آسان‌تر انجام میشوند. با این حال، محاسبه راندمان جداسازی میتواند بر اساس جرم (%w/w) نیز انجام شود.
با تغییر دادن شرایط عملیاتی هیدروسیکلون، میتوان تغییرات قابل توجهی در راندمان جداسازی ایجاد کرد. برخی از شرایط اجرایی که میتوانند بر راندمان جداسازی تأثیر بگذارند عبارتند از:
- غلظت جریان‌های ورودی “سنگین”
- نرخ جریان ورودی
- نسبت جریان خروجی (جریان “سنگین” در مقابل جریان “سبک “)
- دما
- ویسکوزیته یا همان لزجت
- سایر ویژگی‌های سیال
کاربرد هیدروسیکلون ها شامل:
- در کارخانه‌های خمیر و کاغذ برای حذف ماسه، منگنه، ذرات پلاستیک و سایر آلاینده‌ها
- در صنعت حفاری برای جدا کردن شن و ماسه از خاک رس، که خاکی قیمتی است و برای روانکاری در حین حفاری استفاده میشود.
- در صنعت برای جدا کردن روغن از آب یا بالعکس
- در فلزکاری برای جداسازی ذرات فلزی از مایع خنک کننده
- برای حذف ذرات ماسه و لجن از آبِ آبیاری برای اهداف آبیاری قطره‌ای
هیدروسیکلون‌ها معمولاً برای حذف الیاف بلند از مایعات توصیه نمیشوند.
برای مشاوره و انجام شبیه سازی هیدروسیکلون در نرم افزار فلوئنت، با ما در تماس باشید.
توضیحات مناسبی بود