بخشی از مقاله
چکیده
فرایند اختلاط سیالات ویسکوز در صنعت یکی از پیچیدهترین و مشکلترین کارها میباشد. به دست آوردن پروفایل سرعت مماسی و شعاعی در درك اختلاط مایعات ویسکوز مهم است. ما در این تحقیق با استفاده از دستگاه سرعت سنج لیزري و مدل سازي رایانه اي، میدان سرعت درون یک راکتور همزندار با پروانه راشتون را تعیین کردهایم. سیال مورد استفاده در این شبیه سازي محلول پلی اکریل آمید با غلظت 900 ppm در آب است. رفتار این سیال در این مقاله نیوتنی در نظر گرفته شد.
نتایج به دست آمده از طریق شبیه سازي و نتایج آزمایشگاهی، سازگاري کیفی و کمی خوبی با یکدیگر دارند.
مقدمه
در سالهاي گذشته، طراحی دستگاههاي همزندار براي مقاصد مختلف بیشتر از روش افزایش مقیاس دستگاههاي آزمایشگاهی صورت گرفته است. به دلیل استفاده از تشابه پارامترها در این روش هیچگاه تمامی پارامترها مانند هندسه و جریان نمی توانست با جزئیات در نظر گرفته شود و طراحی دستگاه نهایی اغلب هدفهاي مد نظر را براورده نمی کرد.
جریان در ظرف همزندار شامل برهم کنش میان جریان حول پرههاي همزن و بفلهاي ثابت است. حرکت چرخشی سیال باعث ایجاد یک جریان دورانی در ظرف میشود که بفل هاي ثابت با آن متقابلا بر هم کنش کرده و باعث بهبود اختلاط میگردند. جریان از سمت پرههاي چرخان به سمت دیواره ظرف رانده می شود. این جریان بسته به نوع پره میتواند به صورت محوري یا شعاعی پراکنده شود.
جریان در راکتورهاي با پره راشتون از نوع شعاعی میباشد. با استفاده از شبیهسازي رایانهاي می توان با صرف هزینه و زمان بسیارکمتر اطلاعات مفیدي در زمینه جریان، انتقال حرارت و واکنش رخ داده در راکتورهاي همزن دار به دست آورد.[2-1] راناد55 از شبیهسازي عددي براي به دست آوردن اطلاعات جریان و اختلاط تولید شده توسط یک پره توربینی منظم - PBT - در یک ظرف استوانه اي بفلدار استفاده کرد
اشمالزیت56 در سال 1997 نتایج به دست آمده از یک توربین راشتون را با دادههاي شبیه-سازي مقایسه کرد و به این نتیجه رسید که سازگاري بسیار خوبی بین این دو وجود دارد .[4] به علت اینکه در عملیاتهاي اختلاط، حرکت سیال ناشی از انرژي مکانیکی خروجی به شکل چرخش از پرهها است، یکی از نکات بسیار مهم انتخاب روش عددي مناسبی است که چرخش پره ها را تشریح کند. شبیه سازي پیشگویانه کامل اختلاط بیشتر از روش هاي SM57 یا MRF58 انجام می شود.
شبیهسازي SM راکتور همزن دار همگن، اولین بار توسط جاورسکی و دکچاك منتشر شد .[5] روش SM یک روش کاملا متحرك است که چرخش پره در آن صریحا در نظر گرفته می شود. به عبارت دیگر، روش MRF میدان جریان پایدار را براي یک موقعیت ثابت پره نسبت به بفل ها پیش بینی می کند. روش SM دقیق تر است و از روش MRF زمان برتر می باشد.
براي ارزیابی نتایج به دست آمده از شبیهسازيهاي CFD داشتن اطلاعات محاسبه شده کمی، ضروري می-ر باشد. در بسیاري از شبیه سازيهاي CFD، ضخامت دیواره هاي بفلها، دیسک پرهها، و تیغه پرهها در نظر گرفته نمیشود. این فرض غیر واقعی است، زیرا تحقیقات نشان داده است که ضخامت تیغههاي پره بر روي اختلاط تاثیر میگذارد .[6] در این کار، شبیهسازي واقعی راکتور همزندار مدل شده است و ضخامت بفلها، دیسک و تیغه پرهها در نظر گرفته شده است.
براي بسیاري از مواد صنعتی، مانند مایعات پلیمري ویسکوالاستیک، سوسپانسیونها، و غیره کار کردن کردن در ناحیه اختلاط آشفته غیر ممکن یا غیر عملی است. بنابراین انجام فرایند در حالت آرام یا در ناحیه گذرا ترجیح داده میشود. به دلیل پیچیدگی و نامعین بودن اختلاط در ناحیه گذرا، پیش بینی عملکرد اختلاط و توان لازم براي سیالات غیر نیوتنی با رفتار رئولوژیکی پیچیده مشکل می باشد .[7] در این مقاله بلاش شده با استفاده از شبیه سازي عددي و تایید نتایج آن با به کار گیري روش هاي اندازه گیري دقیق مانند روش سرعت سنج لیزري این مشکل تا حدود زیادي حل شود.
-2دستگاه آزمایشگاهی
دستگاه آزمایشگاهی به کار رفته براي مقایسه نتایج توسط آقاي جهانگیري ساخته شده است .[1] این دستگاه یک ظرف استوانهاي از جنس پلکسی گلس می باشد که قطر داخلی آن 0/276 متر و ضخامت دیواره آن 0/003 متر می باشد. این ظرف داراي چهار بفل مشابه به عرض 0/03 متر است. ارتفاع مایع 0/188 متر است. پروانه از نوع توربین راشتون به قطر 0/104 متر است. این پروانه داراي 6 پره منظم می-باشد. پیکر بندي پروانه و ظرف در شکل 1 نشان داده شده است. پروانه به وسیله یک موتور الکتریکی با سرعت متغیر گردانده می شود. یک سیستم LDA59 براي اندازه گیري سرعت ها در ظرف به کار می رود.
