مقاله اثر سرعت سیال سازی بر بستر سیال همراه با نازل های پخش کننده : شبیه سازی

word قابل ویرایش
26 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
8700 تومان

اثر سرعت سیال سازی بر بستر سیال همراه با نازل های پخش کننده : شبیه سازی

چکیده
بسترهای سیال دو تایی یکی از گزینه های مناسب برای فرایندهای مانند بایومس است . پارامترهای زیادی بر بستر سیال تاثیر میگذارند که از جمله آن ها می توان به خوراک ، هندسه ، چرخش مواد در داخل بستر، دما و هیدرو دینامیک مساله اشاره کرد. در این مقاله نگارندگان به طراحی و شبیه سازی بستر سیال که با شن پر شده است ، هم با نازل و بدون نازل خواهند پرداخت .
همچنین این بستر را در حالت وجود wind box و بدون wind box شبیه سازی می نمایند. تمامی این شبیه سازی ها را در نرم افزار فلوینت و مش بندی ها را در نرم افزار گمبیت انجام گرفتهخ است . در آخر نتایج شبیه سازی را با داده های تجربی مقایسه کرده و این مقایسه در داخل نمودارهایی آورد شده است
کلمات کلیدی : فلوینت ، بستر سیال ، نازل ، شبیه سازی

مقدمه
سیال سازی فرایندی است که در آن ذرات جامد با معلق شدن در یک گاز یا مایع به حالت شبه سـیال تبـدیل مـی –
شوند. امروزه این پدیده توسعه روزافزونی داشته و جایگزین مناسبی برای بسیاری از فرایندهای قدیمی صنعتی بـه شـمار مـی آیـد. امتیازات چشمگیر این پدیده که بارزترین آن بالا بودن میزان انتقال جرم و حرارت و هم دمایی است ، دلیل اصلی برتری این فرایند نسبت به فرایندهای مشابه است . بسترهای سیال به جهت آن که زمینه سـاز تمـاس مـؤثر بـین جامـد و سـیال هسـتند در صـنایع شیمیایی از اهمیت بسیاری برخوردارند که کاربرد آن ها در صنایع نفت ، پتروشیمی ، شیمیایی ، معدنی ، بیوشیمیایی ، دارویی ، غـذایی و… بیان گر این حقیقت است . محدوده وسیع کاربردهای صنعتی بسترهای سیال در زمینه های ذکر شده زیر نیز گویای لزوم بررسی هرچه بیشتر هیدرودینامیک بسترهای سیال است :[١]
١. موارد پیشرفته : تولید سیلیکون برای صنایع نیمه هادی ها و سل خورشیدی ، روکش دار کـردن نـانوذرات و نـانو لوله های کربن
٢. صنایع شیمیایی و پتروشیمی : شکست هیدروکربن ها، شکست کاتالیزوری در بستر سـیال FCC١،کـک سـازی سیال و کک سازی فلکسی
٣. واکنش های پلیمری فاز گازی : تولید انیدریک فتالیک ، آکریلونیتریل ، انیدرید مالئیک ، پلیمریزاسیون الفین هـا، واکنش فیشر-تروپش ، کراکینگ و ریفرمینگ نفت
۴. احتراق .تجزیه حرارتی : احتراق و گازی سازی ٢ از ذغال سنگ و کک ، گازی سـازی از پـس مانـد جامـد، تجزیـه حرارتی ضایعات چوب ، احتراق مواد شیمیایی ، تجزیه سنگ آهک (کلسیناسیون )
۵. عملیات فیزیکی : روکش دار کردن اشیا فلزی با پلاستیک ، روکش کردن اشیاء و رشد دادن ذرات ، خشک کـردن مواد جامد، طبقه بندی ذرات ، مبادله حرارت ، جامد سازی یک مذاب جهت ایجاد گرانول ، جذب سطحی ، فیلتراسیون غبار
۶. صنایع دارویی : روکش دار کردن قرص ها، دانه بندی و گرانوله کردن ، تولید سلول های گیاهی و حیوانی [١,٢,٣]

١-١- معرفی بستر سیالی گاز-جامد
مطابق شکل ١-١- الف هنگامی که نیروی پسا٣ کوچکتر از وزن ذرات باشد، ذرات در بستر پر شده ، ثابت ۴ هستند.
وقتی که نیروی پسا بین ذره و سیال برابر و در جهت عکس وزن ذرات شود (شکل ١-١- ب)، نیروی فشاری ناشی از مواد فوقانی ، بین ذرات مجاور از بین رفته و افت فشار در طول هر قسمتی از بستر تقریباً برابر با وزن سیال و ذرات در آن قسمت خواهد شد. در نتیجه ذرات بستر سیال در جریان گاز رو به بالا معلق می شوند وبا آن حرکت می کنند.

شکل (١-١) الف ) نیروی پسا کوچکتر از نیروی جاذبه ، ب)نیروی پسا مساوی نیروی جاذبه ، ج) بستر سیالی گاز-جامد[۴]
١-٢- دسته بندی ذرات در بسترهای سیال
با مشاهده دقیق سیالیت انواع اندازه های ذرات ، در سال ١٩٧۶، گلدارت ۵ به چهار نوع رفتـار مشـخص از ذرات دسـت
یافت که طبقه بندی آن ها از کوچک به بزرگ مطابق شکل ١-٢ به صورت زیر است :
ذرات گروه C: این گروه از ذرات ، چسبناک و یا به شکل پودرهای بسیار ریز با اندازه ی حدود μm٣٠-٠ می باشند.
سیالیت معمولی برای این گونه از ذرات بسیار مشکل است زیرا نیروهای بین ذره ای بزرگتر از نیروی ناشی از ورود گاز است (مطابق شکل ١-٢) . پودر صورت ، آرد، نشاسته و . . . نمونه هایی از این گونه ذرات هستند.[۵,۶]
ذرات گروه A: این گروه از ذرات قابل هوادهی ، یا موادی هستند که دارای یک اندازه متوسط کوچک (μm١٠٠-٣٠) با چگالی پایین ( کمتر از g.cm٣ ١.۴) هستند. نیروی بین ذره ای و نیروی پسا هر دو در سیالیت این ذرات نقش دارند و در دمای بالا نقش نیروهای بین ذره ای در سیالیت بیشتر می شود. در سرعت های پایین گاز این ذرات به سادگی به حالت سیالیت ملایم در می آیند و در سرعت های بالا بسترحبابی کنترل شده با حباب های کوچک ایجاد می کنند. کاتالیزور FCC نمونه ای از این گونه جامدات می باشد.
ذرات گروه B: این گروه از ذرات که شن مانند هستند دارای چگالی g.cm٣ ۴> > ١.۴ و قطر متوسط μm
١٠٠٠-١٠٠ می باشند. این ذرات به خوبی همراه با حرکت شدید حبابی سیال می شوند و حباب ها رشد می کنند. در دمای محیط نیروی حاصل از ورود گاز بزرگتر از نیروی بین ذره ای است و نقش اصلی در سیالیت را ایفا می کند، به طوری که در معادلات حاکم بر مشخصه های بستر در دمای محیط (اندازه حباب ، سرعت حداقل سیالیت و حبابی و…) تنها نیروهای هیدرودینامیکی در نظر گرفته شده اند و از نیروی بین ذره ای صرف نظر شده است .
ذرات گروه D: این گروه از ذرات قابل فوران یا ذرات سنگین و بزرگ با اندازه بیشتر از μm١٠٠٠ هستند و بر این اساس بسترهای عمیق از این ذرات به سختی سیال می شوند. آن ها دارای رفتار نامنظم و غیر پیش بینی شده ، همراه با حباب های بزرگ منفجر شونده یا کانال های منفصل کشیده ، یا دارای رفتاری فورانی هستند. نیروی بین ذره ای در ذرات گروه D بسیار کوچک و همواره قابل صرف نظر است . حبوبات (در فرآیند خشک شدن )، دانه های قهوه (در فرآیند تشویه )، تشویه بعضی از سنگ های معدنی فلزات و . . . متعلق به این گروه از ذرات می باشند و اغلب در بسترهای کم عمق مورد عمل قرار می گیرند.[۵,۶,٧]
۵ Geldart

شکل (١-١) طبقه بندی ذرات گلدارت [٢ شکل (١-٢) انواع ذرات گلدارت [۶]
١-٣- رژیم های جریان در بستر سیال
در یک بستر ثابت ، سیال از درون بستر حاوی ذرات ریز و به آرامی از میان فضاهای خالی بین ذرات عبور می کند. با تغییر سرعت ظاهری گاز در بستر، الگوهای مختلفی از جریان بدست خواهد آمد که به ترتیب با افزایش تدریجی سرعت گاز به صورت ارائه شده در شکل (١-٣) است . در جدول (١-١) هر کدام از این رژیم ها به طور مختصر توضیح داده شده است .[٨,٩]

شکل (١-٢) رژیم های مختلف سیالیت در بستر سیال [٨]
جدول (١-١) معرفی رژیم های جریان و محدوده سرعت هر رژیم

شبیه سازی

در این پروژه ما به شبیه سازی یک بستر سیال شده در سرعت های کم ، متوسط و زیاد در حالت های با نازل و بدون نازل پرداختیم . این بستر دارای جامد های شن با ارتفاع ۰,۶ متر است که این ذرات دارای چگالی ۲۶۴۴ کیلوگرم بر متر مکعب است . و چگالی توده ذرات شن ۱۲۸۱ است . سیال ما گاز است و جنس آن هوا است . قطر متوسط ذرات شن در حدود

۲۵۰ میکرو متر است . برای شبیه سازی چند فرض داریم : -۱ ورودیه بیو گاز به بستر نداریم -۲ بازگردانی مواد داخل بستر نداریم

۳-همچنین دمای بستر در دمای ۲۵ درجه ثابت است . همچنین فشار بستر در ۱,۰۹ اتمسفر ثابت شده است . همانطور که گفتیم این

بستر در دو حالت با نازل و بدون نازل که می توان هندسه آن را در شکل زیر مشاهده نمود.

در شکل بالا نازل هایی که مشاهده می شود سه بعدی است شبیه سازی ما در محیط دو بعدی انجام شده است برای این منظور ما چون در سه بعدی هر نازل دارای ۶ سوراخ است و در دو بعدی هر نازل دارای ۲ سوراخ است ، برای اینکه دبی عبوری از نازل ها برابر گردد ما قطر این نازل ها را تغییر دادیم .
نتایج شبیه سازی در حالت دو بعدی برای بستر به همراه نازل و بستر بدون نازل و wind box در شکل های زیر آورده شده است .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 26 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد