بخشی از مقاله
11 چکیده
هدف از این تحقیق، پیشبینی جریان آشفته گاز-جامد در کانالها بوده است. مطالعه عددی جریان در این مطالعه با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی بر اساس دیدگاه اویلری- لاگرانژی است. فاز گاز به شکل اویلری و فاز ذرات گسسته در دیدگاه لاگرانژی تبیین شدند. برای در نظر گرفتن تقابل بین فازها از ارتباط دو-راهه استفاده شد. حرکت ذره تحت اثر نیروهای موثر، یعنی اینرسی ذرات، نیروی پسا، نیروی گرانشی و شناوری میباشد. نیروهای دیگر، مانند نیروی جرم مجازی و گرادیان فشار به دلیل نسبت بالای چگالی ذره به چگالی سیال قابل اغماض هستند. برای در نظر گرفتن اثرات اغتشاشی از مدل انرژی-تلفات آشفتگی یا - − - استاندارد استفاده شد.
همچنین پراکندگی ذرات ناشی از آشفتگی در فاز سیال با استفاده از مدل ردیابی اتفاقی مدل شد و مدل گردشی تصادفی گسسته به منظور در نظر گرفتن برهمکنشهای میان ذرات و گردابههای آشفتگی به کار گرفته شد.
21 بیان مساله
از این نوع جریانها در فناوریهای هستهای و به طور خاص در مولدهای بخار هستهای، بخارسازهای نیروگاهی، بویلرهاو ... استفاده می شود. اولین کار آزمایشگاهی معتبر در زمینه جریان گاز- جامد رو به بالا در لوله عمودی توسط سوچی و همکاران [12] در سال 1984 انجام شده است.
31 از آنجائیکه اندازه گیری سرعت و نواسانات آن درروش تجربی به وسیله سرعت سنج لیزری دامپر و دوربین سرعت بالا انجام می شود که هزینه های بالایی را در بردارد همچنین برقراری شرایط پایدار، حفظ اغتشاش ناشی از محیط اطراف و نگهداری شرایط ثابت در بالا دست و پایین دست جریان کار بسیار مشکل می باشد. مدلسازی عددی به دلیل اینکه هزینه ای کمی را در بردارد و هم چنین قابلیت اعمال مدلها و ایده ها در روش های عددی اسانتر می باشد بسیار مورد توجه قرار گرفته شده است.
در این مطالعه تحلیل عددی جریان دو فازی گاز و ذرات جامد در یک کانال عمودی به جریان متلاطم به منظور شناخت پروفیل سرعت سیال در کانال، چگونگی رفتار سیال در نزدیکی دیواره . همچنین تأثیر چرخش ذرات بر شدت توربولانسو پروفیل سرعت مورد بررسی قرار خواهد گرفت در این تحقیق از مدل اویلری لاگرانژی استفاده می شود و جریان هم دما، تراکم ناپذیر، دائم و با خواص فیزیکی ثابت در نظر گرفته می شود
31 پیشینه پژوهش:
علی سارمی فروشانی و محسن نصر اصفهانی [1] در سال 2015 به شبیه سازی cfd جریان دو فاز گاز جامد در انتقال پنوماتیک گندم پرداختند آنه به استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی به شبیه سازی جریان گاز جامد از طریق یک نوار انتقال پنوماتیک کم فشار با استفاده از دیدگاه اویلری اویلری پرداختند.
32 لین [2] در سال 2013 ه مطالعه جریان دو فازی گاز جامد آشفته در کانال های افقی پرداخت در این مقاله وی با مطالعه عددی انتقال ذرات کروی در یک کانال افقی شش متری با سطح مقطع مستطیل شکل پرداخت وی محاسباتش را بر روی ذرات شیشه ای کروی با اندازه مختلف با نسبت جزئی ذرات به گاز با 1 و زبری دیواژ مختلف انجام داد.
33 یاگوچین و همکاران [3] در سال 2011 به مطالعه اساسی cfd میدان جریان گاز جامد در راکتور های پلیمریزاسیون بسته سیال پرداختند مدل اویلر اویلری ترکیب نظریه جنبشی جریان دانه های ریز برای توصیف جریان دو فاز جامد و گاز در راکتور های پلی مریزاسیون بستر سیال به کار گرفته شد
3-4 واچک و همکاران [4] در سال 2015 به مدلسازی جریان آشفته گاز جامد با ذرات غیر کروی در کانال با عدد ابتوکس بالا پرداختند. در این مقاله با رویکرد مدلهای dns-les به شبیه ساز رفتار جریان آشفته کانال افقی با 5 شکل متفاوت از ذرات متفاوت پرداخته است.
35 ایتون [5] در سال 2007 به شبیه سازی تلاطم دو راه کوپل جریان گاز ذرات جامد با استفاده از ردیابی نقطه ذره پرداخت .در این مقاله مدل های محاسباتی برای جریان رقیق گاز ذرات وابسته به زمان بوده و حرکت سیال با استفاده از مدل اویلری و حرکت ذرات با استفاده از مدل لاگرانژی ردیابی شد .
-6-3میخایل و همکاران [6] در سال 2011 به شبیه سازی cfd جریان رقیق گاز جامد در خم 90 درجه پرداختند
. شبیه سازی با استفاده از مدل لاگرانژی ، کوپلینگ یکطرفه همراه با یک مدل برخورد ذرات دیوار انجام شد .
-7-3 یانگ سن و همکاران [7] در سال 2009 به مدل سازی cfd جریان گاز جامد و ترک خوردگی واکنش در
رایزر دو مرحله ای راکتور fcc پرداختند . روش اویلر اویلری برای شبیه سازی رفتار جریان و واکنش های ترک خوردگی کاتالیزوری درایزر دو مدل طلائی مورد استفاده قرار گرفت
-8-3 ورمن و همکاران - - 8 در سال 2009 به شبیه سازی کوپل دو و چهارراه اویلر لاگرانژی جریان آشفته کامل ذرات در کانال پرداختند در مطالعه کسر حجمی ذرات برابر با حدود 1/8 درصد است که با استفاده از مدل lES شبیه سازی شد .
-9-3هیوجون چن و همکاران [9 ] در سال 2007 به مدلسازی محاسباتی دینامیک سیالات جریان ذرات گازی با ذرات جامد در یک گیرنده خورشیدی پرداختند. آنها از مدل اویلر لاگرانیژ دو طرفه که شامل تبادل گرما و ممنتوم بین فاز گازی و ذرات جامد است و از روش گسسته سازی دو باند برای بررسی انتقال حرارت تششع بین ابر ذرات و ابرو سطح داخلی پیرنده استفاده نمودند
10-3 فریبرز تقی پور و همکاران [10] در سال 2005 به مطالعه تجربی و محاسباتی هیدرو دینامیکی سیال گاز جامد پرداختند آنها از مدل چندسیالی اویلر ترکیب شده با نظریه جنبشی برای ذرات جامد برای شبیه سازی جریان گاز جامد استفاده نمودند
11-3 کائو و همکاران [11] در سال 2001 به شبیه سازی cfd جریان در کانال نازک پرداختند شبیه سازی با استفاده از مدل حجم محدود نرم افزار fluent انجام گرفت
-4 مدل سازی مسئله :
پس از شبکه بندی و انتخاب روش مناسب با تعیین شرایط مرزی منطبق بر فیزیک جریان تحلیل فرایند جریان چند فاز امکان پذیر خواهد شد در روش اویلری لاگرانژی میدان سیال به عنوان یک محیط پیوسته در نظر گرفته می شود و با نگرش اویلری بررسی می شود . به عبارت دیگر میدان سیال با حل معادلات ناویر استوکس متوسط گیری شده بررسی می شود . در حال فاز لاگرانژی با دنبال کردن ذرات بررسی می شود روند حل در این مقاله به این صورت است که با اعمال شرایط مرزی بر معادلات حاکم به حل معادلات پیوستگی ، مومنتوم و انرژی می پردازیم
. با استفاده ازحلگرفلوئنت که مبتنی بر روش حجم محدودیت است به تحلیل مسئله می پردازیم که هدف در این تحقیق.1-4 تحلیل عددی جریان متلاطم دو فاز گاز و ذرات جامد با مدل دو فازی اویلر لاگرانژی
2-4 تحلیل عددی اثرات نیرو های شناوری بر رفتار جریان دو فازی گاز و ذرات جامد در کانال عمودی می باشد
- 5 معادلات حاکم بر مسئله :
- 5-1 معادلات حاکم بر فاز پیوسته:
جریان در این مطالعه دو بعدی، مغشوش، هم دما، تراکم ناپذیر، دائم و با خواص فیزیکی ثابت است. جریان دو کوپله است و اثرات ذرات بر سیال در نظر گرفته شده است، این اثر ناشی از عکس العمل ذرات بر سیال است و به صورت یک ترم چشمه در معادله مومنتوم ظاهر می شود
