منتشرشده در

مدلسازی سیکلون (جداساز) در فلوئنت

آشنایی با سیکون‌ها (جداسازها)

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.

 

سیکلون فلوئنت
نمونه‌ای از سیکلون در صنعت

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 :

  1. 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))
  2. تغییر دادن تعداد ذرات ورودی با استفاده از شرط مرزی بازگشت ذرات
  3. 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).

 

طراحی سیکلون در اِسپِیس کِلِیم و جداکردن ناحیه‌ای که سیال در آن حضور دارد.

 

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.

 

تولید شبکه برای سیکلون
شبکه بندی سیکلون

 

تنظیمات مربوط به شبیه سازی سیکلون (جداساز) در نرم افزار انسیس فلوئنت به شرح زیر است:

  1. حل به صورت پایا
  2.  حلگر فشار مبنا
  3. شتاب جاذبه فعال
  4. مدل آشفتگی RNG K epsilon
  5. جنس ماده‌ی تزریق شده: زغال سنگ
  6. سرعت جریان ورودی ۳ متر بر ثانیه
  7. قطر ذرات تزریق شده: ۵ میکرومتر
  8. نحوه تزریق: از سطح ورودی
  9. 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.

ردیابی مسیر ذرات برای شبکه‌های تولیدی مختلف

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.

کانتور فشار در سیکلون

 

برای مشاوره و انجام شبیه سازی سیکلون‌ها در نرم افزار فلوئنت، با ما در تماس باشید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *