آشنایی با سیکون‌ها (جداسازها)
جدا کننده سیکلون دستگاههای جداسازی هستند 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. این 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. 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 به روش فاز گسسته با استفاده از انسیس فلوئنت برای یک جداکننده سیکلونی
در این پروژه، یک جداکننده سیکلونی در نظر گرفته شده است که 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) تعداد ذراتی که از ناحیه ورودی عبور میکنند متغیر هستند.
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 پسپردازش و نتیجهگیری از جوابهای بدست آمده
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 بوسیله نرمافزار فلوئنت میباشد. این اطالاعت وارد بخش پسپردازشی شده 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 سرعت با استفاده از Vortex Core Region در نرمافزار CFD-Post
با استفاده از مدل ویسکوز k-epsilon که در جریانهای چرخشی دقت بسیار بالایی دارد، توانستیم حرکت پیچشی جریان را با به نمایش در آوردن طرحواره سرعت در نواحی داخلی جداکننده، مشاهده کنیم.
طرحواره فشار
با یک توزیع فشار غیریکسان در داخل جداکننده روبرو هستیم، در نواحی ورودی و مخروطی جداکننده که جزء مناطق با فشار بالا هستند، ذرات چگالتر به دیوارهها ضربه وارد میکنند و از آنجاییکه به دیوارهها نزدیک هستند باعث بروز فرسایش در آن نواحی میشوند.
