بخشی از مقاله
چکیده
این پژوهش براساس تحلیل دینامیکی جریان گاز در داخل یک سانتریفیوژگازی بلند با استفاده از شرایط مرزی می باشد. در این پروژه ما بر پایه روش تفاضل محدود ، با استفاده از کد برنامه نویسی Fortran و روش تکرار گوس سایدل و ژاکوبی و بر اساس نوع مش بندی مربعی با نقاط ثابت و دستگاه معادلات بقایی، 4 معادله غیر خطی بیضوی ، تابع جریان، حالت گردابی، انرژی وسرعت Azimuthal و معادلات دیگر را تحلیل نمودیم. در این مقاله نوع مش بندی روتور از نوع متناوب بوده که 50 نقاط گرهی در راستای شعاعی و 100 نقاط گرهی در راستای محوری می باشد وهمچنین در این مش بندی مبحث مهم Claustering در مناطق مختلف روتور رعایت شده است. از طرفی خواص حرارتی دیواره سیلندر وکلاهک های انتهایی و همچنین ضریب انتقال حرارت بین سیلندر دوار و محیط اطراف اثر بسیار محدودی بر روی عملکرد جداسازی در یک سانتریفیوژ گازی بلند دارد.
-1 مقدمه
مدل عددی بکار رفته براساس مجموعه ای از معادلات گسسته سازی بر طبق معادلات اصلی، توصیف معادله ممنتم، جرم،انرژی وچرخش گاز ایده آل با سرعت بسیار بالا در داخل سانتریفیوژ بلند می باشد. در این مقاله جریان گاز در داخل روتور را در نواحی زیر بررسی کرده ایم :
-1 لایه -2 Stewartson لایه Ekman
-3 ناحیه Viscous -4 ناحیه Inviscid
-5 کلاهک های انتهایی روتور -6 نزدیک دیواره روتور
اهمیت مدل ارائه شده در این پروژه بدلیل نوع سانتریفیوژ و بکار بردن کد برنامه نویسی به روش تفاضل محدود، CFD می باشد. تجزیه وتحلیل در این روش بر اساس تمرکز بر روی شرایط مرزی، جریان گازی است که در راستای محوری وشعاعی چرخش می یابد. در گام اول معادلات پیوستگی، مومنتم، انرژی وحالت در مختصات استوانه ای با استفاده از فرضیات زیر:
الف- حالت سیال پایدار ب- خواص ترموفیزیکی ثابت برای سیال
ج- با فرض گاز ایده آل د- سیال تراکم ناپذیر
ساده شده وسپس این معادلات تبدیل به 4 معادله غیر خطی بیضوی ، تابع جریان ، حالت گردابی، انرژی وسرعت Azimuthal گردیدند ،که برای حل همزمان این4 معادله وتبدیل آنها به معادلات جبری ساده ، با استفاده از گسسته سازی به روشهای ریاضی بیان شده - در چکیده مقاله - استفاده شده است.در نزدیکی دیواره روتور از روش ضمنی ودر داخل استوانه از روش Multi grid استفاده نموده ایم. در این روش فرض براین است که سیال در داخل روتور با سرعت بالا،در حالت تعادل استاتیکی4 بوده ومانند یک جسم صلب عمل می کند وسپس عوامل زیر دلیل به گردش در آمدن گاز در داخل روتور می باشند :
-1 اختلاف درجه حرارت در دوسر کلاهک های انتهایی روتور ویا گرادیان درجه حرارت در دیواره روتور. -2 ورود گاز به داخل روتور وبرداشت محصول ودنباله. در این مقاله جریان گاز در داخل روتور را در نواحی زیر بررسی کرده ایم :
-1 لایه -2 Stewartson لایه Ekman
-3 ناحیه -4 Viscous ناحیه Inviscid
-5 کلاهک های انتهایی5 روتور -6 نزدیک دیواره روتور
پس از تحلیل وبدست آوردن معادلات هر ناحیه ، در کد برنامه نویسی بکار برده تا به کمک آنها ترسیم شبیه سازی را انجام دهیم. اهمیت مدل ارائه شده در این پروژه بدلیل نوع سانتریفیوژ و بکار بردن کد برنامه نویسی به روش تفاضل محدود، CFD می باشد که روشهای مختلف ریاضی در حل معادلات ارائه گردیده وشبیه سازی گوناگون مهندسی نیز صورت گرفته است.
-2 اساس سانتریفیوژ گازی بلند:
در سانتریفیوژ گازی بلند که از نوع جریان Counter-current اروپایی می باشد، Feed از سمت بالا وارد شده و Product از طرف بالا و Tail از پایین سانتریفیوژ ، خارج می شوند مزیت این متد در بهبود عملکرد جدایی است. به طوریکه موقعیت Feed تقریبا“ در نیمی از ارتفاع در امتداد خط مرکزی بوده و جایگاه جریان Feed در داخل سیلندر اهمیت بسیار زیادی در Product ، Tailو لایه های مرزی دارد. توضیح این اثر بدین شرح است که: در این گردش بسته، سنگین ترین اجزا در نزدیکی دیواره چرخش و به سمت پایین و اجزا سبک در امتداد خط مرکزی به سمت بالا حرکت می کنند. جداسازی جریان در نزدیکی Center line از پائین به بالا و در دیواره سیلندر از بالا به پائین است. گردش گاز در داخل سیلندر در امتداد دیواره سیلندر و کلاهک بالا و کلاهک پائین بوده که در نتیجه آن باعث ایجاد لایه های گاز در این امتداد می گردد که ضخامت این لایه ها در امتداد کلاهک ها نازک بوده و برابر 0/01 میلی متر تا 0/001 میلی متر و در امتداد دیواره سیلندر برابر 0/5 میلی متر است.
حد و معیار مشخصات سرعت گاز در حال چرخش به دو روش بهینه سازی می شود:
-1 توسط Mechanical drive ، بدان معنی است که گاز در قسمت پائین سیلندر خیلی آهسته تر نسبت به دیواره سیلندر و جسم صلب در حالت همدما چرخش می یابد.
-2 توسط Thermal drive ، بدان معنی که با حرارت دادن قسمت پائین سیلندر و یا با خنک کردن قسمت بالای سیلندر یک اختلاف درجه حرارت و گرادیان درجه حرارت ایجاد شده که در اثر آن با گاز به چرخش در می آید.
