بخشی از مقاله
چکیده:
خشک کن بستر سیالی برای خشک کردن پودرهای پلیمری تهیه شده به روش دوغابی در صنعت استفاده گسترده دارند.در این شبیه سازی خشک کن بستر سیالی دارای مبدل گرمایی درونی توسط دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی و برای مدل سازی از روش حجم محدود و مدل تربلانس k- استفاده شده است.میدان جریان،دما و کسرحجمی جامد در خشک کن با استفاده از شبیه سازی محاسبه گردیده است.نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که توریع دمادر بستر سیالی بصورت یکنواخت است و بیشترین مقدار کسرحجمی جامد در قسمت بالای مبدل حرارتی درون خشک کن در حدود 0,98 می باشد.توزیع فشار در قسمت پایین خشک کن در ورودی فاز سیال در حدود 998 و در بالای خشک کن-6500 پاسگال ،که به ترتیب بیشترین و کمترین مقدار فشار در خشک کن است.
مقدمه:
خشک کردن ذرات یکی از فرایندهای مورد استفاده در صنایع شیمیایی است که بازدهی گرمایی آن از جمله مهمترین مسایلی است که نظر متخصصان طراح را همواره به خود جلب می کند. اگرچه روشهای آزمایشگاهی گوناگونی برای اندازهگیری پدیدههای انتقال جرم و گرما در بسترهای سیالی ارایه شده است، شبیهسازی دینامیک سیالات محاسباتی برای طراحی، بهینهسازی، و افزایش مقیاس این تجهیزات در سالهای اخیر به عنوان یکی از موفقترین راههایکمّیسازی رفتار خشک کن توجه غیرقابل انکاری را به خود جلب کرده است.
شبیهسازی دینامیک سیالات محاسباتی این امکانکمّیسازی تمامی پارامترهای رفتاری خشک کن از جمله توزیع سرعت، دما، و غلظت رطوبت، و ضرایب انتقال جرم، و حرارت را در تمامی نقاط تجهیز فراهم میکند و به این ترتیب به متخصص این امکان را میدهد که در هر لحظه و در هر نقطه از تجهیز اطلاعات کاملی از رفتار این متغییر ها در اختیار داشته باشد از اینرو فرآیند خشک کردن از جمله موارد مورد توجه در پدیده های انتقال بوده و همواره مورد توجه مهندسان شیمی و مکانیک بوده است.
تحلیل همزمان انتقال جرم و حرارت و نیز حرکت سیال سبب گردیده است تا بررسی این پدیده با دشواریهای مخصوص به خود همراه باشد.سیستمهای گاز-جامد در بسیاری از عملیاتهای شیمی،داروسازی،کشاورزی،بیوشیمی وجود دارند.دینامیک سیالات محاسباتی یک تکنیک مناسب برای پیش گویی و بررسی برای رفتار جریان این سیستمها می باشد. برتود و همکارانش 3 کارایی بستر شناور را در صنایع پتروشیمی با کمک دینامیک سیالات محاسباتی بهبود بخشید .[1]
سینکلایر4 کاربردی از مدلهای دینامیک سیالات محاسباتی را برای رایزرهای گاز-جامد ارائه کرده است.[2]بی جی ام ون واچم5 ، جی سی شوتن6 ، سی ام ون دن بلیک7 ، آر کریشنان8 برای بسترهای شناور گاز-جامد که حاوی مخلوطی از دو جز می باشند مدل دینامیک سیالات محاسباتی ارائه کرده اند. برای محاسبه تنشهای فاز جامد،از تئوری سینتیک جریان دانه ای جهت توجه به مخلوط دوگانه ذرات کروی نرم استفاده گردیده است.مدل توسعه یافته برای شرح دادن مزایای اصلی شناورسازی مخلوط دوگانه شبیه سازی شده است. .[3]
جن استیون 9و چاندراسخار کریشنان10 به بررسی مدل ریاضی خشک کنهای با جریان متقاطع مداوم11 که در شرایط نفوذ کنترل شده کار می کنند پرداختند.[4]اندرسون12 و جکسون13 و ایشی14،معادلات جریان چند فازی را از اصول اولیه استخراج کردند اما فرضیات بکار برده شده در این معادلات،انواع جریانات چند فازی که بکار گرفته می شود را محدود می کنند.روش ایشی برای برای فاز پراکنده شامل ذرات قطرات سیال و روش اندرسون و جکسون برای فاز پراکنده شامل ذرات جامد مناسب است.[5]
مشخصات مدل و شبکه بندی آن:
مدل مورد نظر یک خشک کن بستر سیالی می باشد که بصورت دو بعدی در نظر گرفته شده است. هندسه مربوطه با استفاده از نرم افزار گمبیت152,4,6 رسم و شبکه بندی شده که در شکل 2 نشان داده شده است. در ابتدا مستطیلی به مساحت 3,5 مترمربع رسم کرده ،سپس ورودی و خرجی جامد مرطوب و هوا را مشخص نموده ودر نهایت مبدل های حرارتی با سطح انتقال حرارت 0,66 متر مربع که بصورت تناوبی16 قرار داده شده اند،ترسیم شده است.
مبدل حرارتی
برای شبکه بندی مدل از نرم افزار گمبیت و مشهای چهارضلعی منتظم به اندازه 0,02 متراستفاده گردید.برای تحقق عدم وابستگی نتایج به اندازه شبکه از مش های ریزتر به اندازه 0,01 متر استفاده شده است.مشاهده شد که با کاهش 50درصدی در انداره مش نتایج حاصل از شبیه سازی به اندازه 4درصد با اندازه قبلی مش تغییر داشتند.
معادلات حاکم:
رویکردهایی که در مدلسازی جریانهای دوفازی استفاده میشوند را میتوان به دو دستهی اصلی جریان مخلوط و جداشده تقسیمکرد. در رویکرد جریان مخلوط، کهعموماً برای مدلسازی جریانات چندجزیی که در تعادل ترمودینامیکی قراردارند، و یا جریانات چندجزیی که در آنها یک جزء نسبت به جریان اصلی حرکت نسبی دارد - مدل اختلاف سرعتها یا شار رانش - ، میدان دوفازی به صورت شبههموژن در نظر گرفته میشود و ایدهی کلی حل در این سیستمها حل معادلات یک فازی با تغییر و اصلاح خواص سیال مانند ویسکوزیته و دانسیته و در نظر گرفتن شار انتقال یک جزء است. در این رویکرد، بسته به اینکه فاز پراکنده به صورت ذرات جدای از فاز پیوسته در نظرگرفته و معادلات حرکت برای تک تک ذرات حل شود یا هر دو فاز به صورت سیالات پیوسته دارای برهمکنش تصور شوند، جریان دو فازی را میتوان به دو نحوهی اویلر-لاگرانژ یا اویلر-اویلر - دو-سیال - مدل کرد.
