بخشی از مقاله
چکیده:
سیستم کوره دوار به دلیل کارآئی های متفاوت در فرآیندهای صنعتی از قبیل اختلاط مواد، انفکاک مواد، حرارت دهی به مواد، استریلیزاسیون مواد، پخت مواد، کلسیناسیون مواد کانی و بصورت کلی انجام تغییرات فیزیکی وشیمیائی در مواد کارآئی ویژه ای دارد پیچیدگی رفتار پدیده های در آن که به ترمودینامیک, انتقال حرارت , دینامیک سیالات ، احتراق و واکنشهای شیمیائی بین مواد مربوط میشود، مانع از انجام مدل سازی مناسب در تبیین رفتار و شناسائی پارامترهای اساسی در آن گردیده است. لذا در این تحقیق سعی می گردد تا با استفاده از نرم افزار فلوئنت که شیوه ای نوین در تحلیل علت و معلول مسائل مهندسی مکانیک و بخصوص انتقال حرارت می باشد, راهبردی نوین برای شناسائی پارامترهای اساسی حاکم در کوره دوار که در عملکرد و کنترل آن نقش بسزائی دارندکه به کمیت وکیفیت تولیدمحصول منجر میگردد.
این نوع کوره ها بیشتر در صنایع سیمان و درظرفیت های متفاوت ساخته ومورداستفاده قرار می گیرد. که هدف بررسی وشبیه سازی این نوع کوره ها به کمک نرم افزارGambit Fluent می باشد.وبا کمک این نرم افزار می توان به یک مدل سازی وطراحی بهینه رسید و با استفاده از دینامیک سیالات به بررسی اثر مدل مورد نظر در جریان احتراقی پرداخته که برروی پارامترهای متفاوت کوره اثرات متقابلی دارد که به کمک نرم افزار Gambit Fluentبه مدل سازی دو بعدی محفظه کوره پرداخته وتعیین پارامترهای اساسی ترمودینامیکی و هیدرودینامیکی در کوره دوار را برای تولید کمی وکیفی مورد ارزیابی قرار میدهد.
مقدمه وهدف:
هدف از این فصل شناسائی کوره دوار و رفتار آن می باشد. کوره دوار عبارت از یک استوانه نسبتا طویل که با سرعتی خاص دوران کرده و حاوی بستری از مواد جامد در حال حرکت هست، می باشد. مطابق با نمودارهای - -1 - 1 و - - 2-1 در ابتدای این سیسستم یک مشعل با توانائی حرارتی مناسب از انواع سوخت ترکیبی - سوخت مایع وگاز - تعبیه شده است که کار آن ایجاد توزیع انرژی حرارتی مناسب در طول کوره دوار برای نیل به اهداف صنعتی مورد نظر میباشد. از قسمت انتهائی کوره مواد خامی که قرار است تغییرات فیزیکی و شیمیای در مورد و پس از پذیرش تبدیلات مورد نظر به محصول صنعتی مورد نظر تبدیل آنها صورت بپذیرد وارد کوره گردیده میشوند.
عمل مکانیکی دوران کوره به انتقال مواد وانتقال حرارت درطول کوره کمک مینماید لذا این سیستم را میتوان به عنوان یک مبدل حرارتی غیر هم جهت نیز قلمداد نمود بدین معنی که جریان مواد از یک طرف مبدل وارد گردیده و جریان گازهای داغ حاصل از احتراق از طرف دیگر ایجاد میگردند و به خاطر حرکت مختلف الجهت این دوجریان موازی تبادل انرژی حرارتی ازطریق سه فرآیند هدایت، جابجائی و تابشی از طرف جریان گرم - گازهای داغ حاصل از احتراق - به جریان سرد - بستر مواد - منتقل میگردد. سیستم کوره دوار در فرآیندهائی از قبیل اختلاط مواد، انفکاک مواد، حرارت دهی به مواد، استریلیزاسیون مواد، پخت مواد، کلسیناسیون مواد کانی و بصورت کلی انجام تغییرات فیزیکی و شیمیائی در مواد کارآئی ویژه ای دارد. لذا صنایعی از قبیل صنایع غذائی، ×صنعت سیمان, صنعت متالورژی, صنعت پتروشیمی از این سیستم بهره می گیرند.
کوره دوار حاوی مواد، درصنایع گوناگون به منزله قلب آن صنعت عمل مینماید و غایت انجام فرآیندهای مختلف در آن، تولید محصول با کیفیت مطلوب می باشد. اگر در خط تولید محصول، کوره دوار فعالیت خود را بصورت صحیح و بهینه به انجام نرساند علاوه بر اشکالاتی که در کوره پدید آمده وتولید محصول را با اشکال کمی وکیفی مواجه مینماید، فعالیت سایر اجزاء خط تولید نیز با اختلالاتی مواجه خواهد شد. همچنین اگر در کنترل بهینه فرآیندهای مختلف فیزیکی و شیمیائی در کوره تدابیر و اقدامات اساسی صورت نپذیرد سیستم با اتلاف و افت بی رویه هزینه و انرژی مواجه گردیده و محصولی با کیفیت نا مناسب و گران قیمت عاید میشود.
تئوری وپیشینه تحقیق:
حل عددی معادلات جریان سیال یکی از مهمترین مسائل مطرح در مهندسی میباشد. مهندسین مکانیک در طراحی مبدلهای حرارتی، خطوط لوله نفت و گاز، پالایشگاهها و... به مقدار زیاد وابسته به آزمایشات تجربی میباشند. مهندسین عمران نیز به نوبه خود برای ساخت سازههای هیدرولیکی به تست مدلهای خود در آزمایشگاههای هیدرولیک وابستهاند. مهندسین شیمی برای طراحی راکتورهای شیمیایی به فهم جریان سیال و انجام آزمایشات در محیطهای سیالاتی همراه با واکنش شیمیایی نیازمند میباشند. آنچه که برشمرده شد نشاندهنده این مطلب است که اساساً طراحی و ساخت تمامی وسائلی که با جریان سیال مرتبط است نیازمند آزمایشهای سیالاتی مرتبط با آن وسیله است.
آزمایشات برای چندین دهه به صورت گسترده برای طراحی و ساخت ادوات مختلف درگیر با جریان سیال به کار رفته است. همانطور که همه مهندسین میدانند تست مدلها در آزمایشگاهها بسیار گران تمام میشود و این مسئله هزینه طراحی محصول را افزایش داده و سبب بالا رفتن قیمت نهایی محصول میشود. معادلات ناویر- استوکس که در واقع همان معادلات جریان سیال میباشند ستقلاًم به وسیله ناویر در سال 1827 میلادی و استوکس در سال 1845 میلادی بدست آمد. این معادلات میتواند حرکت جریان سیال را بسیار عالی پیشبینی کند. متأسفانه معادلات مذکور در حالت کلی بسیار پیچیده بود و با گذشت 150 سال پس از معرفی آنها هنوز هیچ حل تحلیلی برای آنها ارائه نشده است. البته محققین در طول قرن گذشته برای حل تحلیلی معادلات مذکور تلاش فراوانی کردهاند و به نتایج ارزشمندی دست یافتهاند ولی حلهای مذکور همگی با اعمال تقریبهای فراوان در معادلات ناویر- استوکس و برای شرایط بسیار ویژه صورت ×گرفته است.
×مواد و روشها:
امروزه روشهای CFD در کنار آزمایشگاههای ساخت، یک ابزار پرقدرت در فرآیند طراحی محسوب میشوند و از آنجا که هزینه روشهای عددی در مقابله با آزمایشات تجربی بسیار پایین است در بسیاری از موارد روشهای عددی جایگزین روشهای تجربی نیز شدهاند. امروزه دینامیک سیالات محاسباتی چنان توسعه یافته که قادر به حل جریانهای مادونصوتٌ، گذر صوتیٍ، مافوقصوتَ، ماورای صوتُ، جریانهای واکنشیِ، جریانهای چندفازیّ و ... میباشد و هر روزه نیز روشهای نوین متعددی برای حل مسائل مختلف از سوی محققین این زمینه معرفی میشود. امروزه با توجه به گسترش روزافزون توان محاسباتی کامپیوترها حل معادلات جریان برای هندسههای پیچیده که شامل موارد واقعی و صنعتی میباشد عملی گردیده است. هدف ما در این پروژه شبیه سازی احتراق ناشی از سوخت متان و هوا می باشد که با حل معادلات ناویر استوکس در دو بعد توسط نرم افزار فلوئنت به این مهم دست خواهیم یافت.
