بخشی از مقاله
چکیده
T3پژوهش در مورد مدل سازی انتقال حرارت در بسترهای سیال به دلیل پیچیدگی آن بسیار محدود شده است .تئوری جنبشی جریان جریان دانه ای - - KTGF با موفقیت برای مدل سازی هیدرودینامیکی بسترهای سیال در گذشته انجام شده در حالیکه کاربرد آن در مدل سازی انتقال حرارت به طور گسترده بررسی نشده استT3. در تحقیق موجود T3مدل دو سیالی اولرین-اولرینT3 T3با لحاظ کردن KTGF برای یک راکتور گاز-جامد شامل یک نازل کنار دیواره انجام شده است. ضرایب انتقال حرارت محلیT3 T3با داده های تجربی برای دو مدل دراگ یعنی Gidaspow و Syamlal- OBrien مقایسه شده است.T3 T3آنالیز و تحلیل نزدیک دیوار در هر دو مناطق متراکم و رقیق انجام شده است .
هر دو مدل دراگ عبور حباب از درون بستر را بخوبی نشان می دهد. مدل Syamlal- OBrien نوسانات محلی بیشتری نسبت به مدل Gidaspow برای ضریب انتقال حرارتT3 T3پیش بینی می کند ، زیرا مدلSyamlal- OBrien بر اساس سرعت نهایی ذرات توسعه داده شده است. T3 T3گسترش شبیه سازی برای یک دوره طولانی این امکان را فراهم می سازد که نشان دهیم یک توزیع دوره ای پس از1 2 ثانیه رخ داده است و ضرایب انتقال حرارت محلیT3 T3به تدریج کاهش یافته است تا با نتایج تجربی که قبلا تخمین زده شده بود تطابق داشته باشد.
واژههای کلیدی: انتقال حررات،KTGF،مدل دو سیالی،مدل دراگ،حباب
-1 مقدمه
مدل سازی دینامیک سیالات محاسباتی به یک ابزار قدرتمند برای شبیه سازی فرایندهای دینامیکیکه در بسترهای گردشی اتفاق می افتد تبدیل شده است. افزایش بیش از حد ظرفیت کامپیوترها در سال های اخیر، شبیه سازی پدیده های پیچیده در ابعاد واقعی که داده های آزمایشگاهی تحت شرایط اندازه گیری دقیق را مطالبه می کند،آسان کرده است. هیدرودینامیک ایزوترمال راکتورهای بستر سیال توجه بسیاری از محققین در دهه های اخیر به منظور فهم برخوردهای پیچیده بین گاز و مایع را به خود جلب کرده است .[1] ضرایب انتقال حرارت در بسترهای سیالی حبابی پیش بینی شده با مدل سازی محاسباتی نیز بصورت محدود انجام شده است .[2] برای مدل سازی هیدرودینامیک [3] و انتقال حرارت [4]مدل دو سیالی اولرین-اولرین - - TFM بارها توسط محققین مورد استفاده قرار گرفته است.
این مدل فازهای گاز-جامد را به صورت پیوسته و توسعه یافته در میان هر حجم کنترل فرض می کند که از نظر محاسباتی در مقایسه با سایر مدل ها کم هزینهتر است: روش لاگرانژین-اولرین که دینامیک ذره را به صورت مجزا شبیه سازی می کند [ 5] وروش لاگرانژین کامل که سیال و ذرات را به صورت گسسته در نظر گرفته می گیرد . [6] مدل دراگ در شبیه سازی انتقال ممنتوم درون فازی بین فازهای گاز و ذرات حائز اهمیت است. برای بسترهای سیال چگال یک سری از مد لها شامل [7]3TGidaspow و [8] Syamlal- OBrien] موجود است3T 3Tاگرچه مقالاتی در مورد مقایسه هیدرودینامیک مدل سازی دراگ وجود دارد [9]، گزارشی چندانی در ارتباط با تاثیر این ترم بر روی انتقال حرارت بسترهای سیال وجود ندارد.
نیروی دراگ در نتیجه اختلافات سرعت بین فازهااتفاق می افتد که تابع عدد رینولدز و جز حجمی فاز جامد است. بنابراین، نیروی دراگ در جریان های رقیق با جریان های چگال بسیار متفاوت خواهد بود3T 3Tمدل های Gidaspow و Syamlal-OBrien بر اساس هر دو جریان رقیق و چگال گسترش یافته است در حالی که مدل هایی مخصوص برای جریان رقیق [10] و چگال [11] وجود دارد. مدل Gidaspow ترکیبی از مدل Yu و Wen برای جریانهای رقیق ذرات و مدل Ergun برای جریان چگال استفاده می گردد درحالی که مدل Syamlal-OBrien بر اساس اندازه گیری سرعت های نهایی ذرات در بسترهای سیال توسعه یافته است. تئوری جنبشی جریان دانه ای - KTGF - یکی از مهم ترین ابزارها برای مدل سازی حرکت ذرات است.
مفهوم پایه این تئوری دمای دانه ای است. توضیح ریاضیاتی کامل در مورد تئوری جنبشی جریان دانه ای توسط [12] Gidaspow انجام شده است3T ضریب 1Tجبران1T توسط 1Tجنکینز1T 1Tو1T 1TهمکارانT[13] 1 برای محاسبه اتلاف 1Tانرژی1T 1Tبه علت برخورد ذره1T 1Tتوسعه داده شد.1T ضریب1T کشش1T 1Tبرخورد ذرات را کیفی سازی می کند به طوری که در1T 1Tآن1T 1Tمقدار1T 1Tصفر برخورد1T 1T کاملا1T 1Tناکشسان1T 1Tرا نشان داده1T، 1Tدرحالی که 1T 1Tضریب1T 1 1T نشان1T 1T می1T 1Tدهد1T 1Tبرخورد1T 1Tها1T 1Tکاملا1T 1Tالاستیک1T 1TاستT.1 کارموجود یک مطالعه از فرایند انتقال حرارت در بستر سیال حبابی با دیواره گرم با استفاده از نظریه جنبشی مدل جریان دانه ای است.تاثیر دو مدل دراگ بر هیدرودینامیک و انتقال حرارت در بستر سیال شامل جت گاز مورد بررسی قرار گرفته است.نتایج بدست امده از هر دو مدل دراگ با نتایج تجربی پتیل و همکارانش [2] برای بررسی اعتبار مدل مقایسه گردیده است.
-2 بستر حبابی گاز-جامد مورد مطالعه
در این کار بستر حبابی گاز -جامد پتیل و همکارانش [2]، شبیه سازی شده است لذا نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی پتیل و همکاران [2] برای بررسی اعتبار مدل مقایسه خواهد گردید. بستر مورد مطالعه شبه دو بعدی است و دارای دیواره گرمی است که در آن گاز بصورت یک جت ضربه ای با سرعت 5، m/s از طریق نازل به بستر وارد می شود. قطر نازل mm15 می باشد.جت ضربه ای دارای طول ضربه 0/25 ثانیه و فاصله ضربه 0/25 ثانیه می باشد.1T دیواره سمت راست با دمای ثابت 333 درجه کلوین حرارت داده می شود در حالی که دمای بستر در 288 درجه کلوین ثابت باقی می ماند. ارتفاع ایستایی ذرات درون بستر 0/35 متر است.
-3مدل سازی
-1-3 مدل سازی ستاپ
T3 مش بندی دو بعدی شامل 11500 مش چهار وجهی با اندازه یکنواخت 0/01 متر در جهت عمودی و اندازه غیر یکنواخت با مینیمم سایز 0/0005 متر در جهت افقی و ماکزیمم سایز 0/006 متر عمود بر دیواره ای که حرارت داده می شود - دیواره سمت راست - انجام شده است.شکل 1 نشان دهنده هندسه و مش بندی برای شبیه سازی است.
-2-3 معادلات حاکم
مدل اولرین -اولرین در نرم افزار فلونت 6 3 26 برای مدل سازی برخوردهای بین گاز و ذرات دانه ای در بستر سیال مورد استفاده قرار گرفته است. این مدل، وجود دو فاز متفاوت درون یک حجم کنترل را با تعریف متغیر جزء حجمی ممکن ساخته است. فاز جامد شامل ذرات دانه ای کروی با قطر یکسان است. این دو فاز به صورت مجزا با استفاده از معادلات جرم و ممنتوم حل می شوند . . جدول 1 جزئیات معادلات را نشان می دهد. نوسانات جنبشی بین ذرات بر اساس تئوری جنبشی جریان دانه ای بررسی شده که در جدول 2 آمده است. تاثیرات جرم و لیفت قابل صرف نظر است زیرا لیفت فقط ذرات با اندازه بزرگ را تحت تاثیر قرار می دهد که در این حالت قابل اغماض است . ضریب تبادل بین فازی گاز-جامد KRgsR با استفاده از مدل های دراگ TGidaspow3 و Syamlal- Obrien مدل سازی شده که در جدول 2 آمده است.
