بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، شبیه سازی CFD هیدرودینامیک و انتقال جرم بین فازی با در نظر گرفتن چرخش دیسک و تأثیر آن بر مشخصه های هیدرولیکی و پدیده های انتقال بین فازی ستون استخراج دیسک گردان - RDC - مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در این تحقیق مدل موازنه جمعیت با مدل CFD جهت شبیهسازی جریان دوفازی ادغام شده است. از دیدگاه اولرین-اولرین جهت مدلسازی هیدرودینامیک جریان دو فازی با بکارگیری مدل تنش رینولدز هفت معادله ای - RSM - جهت در نظر گرفتن اثرات نوسانات سرعت ناشی از جریان درهم استفاده شده است.
بدلیل در نظر گرفتن مدلهای شکست و پیوند قطرات در مدل موازنه جمعیت نتایج حاصل از مدل به نتایج تجربی نزدیکتر شده است. بطوریکه خطای نسبی مقادیر سرعت محاسبه شده و مقادیر تجربی در حدود %10 می باشد که خطای قابل قبولی میباشد. مقایسه نرخ انتقال جرم بینفازی در طول ستون برای سه سرعت مختلف بیانگر این است که با افزایش ارتفاع در طول ستون به دلیل افزایش زمان تماس فاز پراکنده با فاز پیوسته نرخ انتقال جرم از فاز پیوسته به فاز پراکنده افزایش مییابد. همچنین، با افزایش سرعت دیسک به دلیل افزایش اغتشاش جریان و همچنین افزایش شکست و پیوند قطرات در طول ستون سطح انتقال جرم افزایش یافته و نرخ انتقال جرم افزایش می یابد.
· نکات برجسته پژوهش
· شبیه سازی CFD هیدرودینامیک، انتقال جرم بین فازی با در نظر گرفتن چرخش دیسک گردان
· ادغام مدل موازنه جمعیت با مدل CFD برای در نظر گرفتن اثر شکست و پیوند قطرات
· بررسی انتقال جرم بین فازی در طول ستون
-1 مقدمه
استخراج مایع-مایع، یک فرآیند جداسازی بوده که بر اساس توزیع متفاوت اجزای قابل تفیک بین دو فاز مایع میباشد. این فرآیند زمانی که فرآیند تقطیر غیرقابل انجام و غیراقتصادی باشد استفاده میگردد .[1] اولین بار ستون استخراج سینی گردان توسط رمان1 در سال 1948 گسترش یافت. امروزه بیش از صد نوع از این برجها در جهان در حال استفاده می باشد، که در اندازهی قطر بین 1متر تا 4/5 متر کار میکنند .[2] یک روش شبیه سازی برج های استخراج مایع-مایع ترکیب دینامیک سیالات محاسباتی - CFD - و مدل موازنه جمعیت قطره - PBM2 - می باشد .[3]
در سالهای اخیر کارهای کمی برای شبیهسازی هیدرودینامیک ستون استخراج مایع-مایع ناهمسو انجام گرفته است. مدز3 پروفایل سرعت سیستم آب را به صورت تکفازی با کمک CFD به دست آورد .[4]کلب4 جریان تکفازی را درون یک ستون کوهنی شبیهسازی کرد و با دادههای تجربی مقایسه نمود .[5] پژوهش محققان نشان داد در صورتی که مدل موازنه جمعیت با مدل CFD ترکیب شود نتایج شبیه-سازی به نتایج واقعی نزدیکتر شده و شبیهسازی میتواند رفتار هیدرودینامیک ستون - تشکیل گردابه، انباشتگی فازها، مسیر حرکت فازها و سرعت آنها - را به خوبی پیشبینی کند. در این پژوهش با ادغام مدل موازنه جمعیت با مدل CFD به شبیه سازی جریان دوفازی ستون دیسک گردان - RDC - 5 در حالت دو بعدی پرداخته شده است.
-2 مدلسازی CFD و معادلات حاکم
یک سیستم جریان چند فازی در ستون دیسک گردان شامل چندین فاز ذرهای و یک فاز پیوسته است. مدل هیدرودینامیکی برای تشریح عملکرد جریان چند فازی بکار رفته، دیدگاه اولرین-اولرین با در نظر گرفتن محیط پیوسته برای هر فاز با قابلیت نفوذ در هم می باشد. جهت تشریح اثرات نوسانات سرعت ناشی از جریان درهم1 از مدل تنش رینولدز هفت معادله ای - RSM - استفاده شده است .[6] به جهت اهمیت معادلات موازنه جمعیت معادلات بکار رفته در قسمت ذیل تشریح می شوند.
-1-2مدل موازنه جمعیت
معادله موازنه جمعیت یک بیان سادهی پیوستگی می باشد. این معادله به عنوان یک موازنه برای ذرات، در بعضی از بخشهای ثابت مختصات داخلی و فضای فیزیکی نوشته میشود. معادله عمومی موازنه جمعیت چند-مختصاتی برای یک تعداد تابع دانسیته n x, r , t با مختصات داخلی - r - و مختصات خارجی - x - به صورت رابطه ذیل نوشته میشود. که در آن h نرخ خالص تولید ذرات در طول فرآیندهای تولد و مرگ میباشد. X و R به ترتیب سرعتهای مختصات خارجی و داخلی میباشند .[7] به منظور بررسی موازنه جمعیت در ستون و مشاهده توزیع قطرات در آن از مدل پراکنده2 استفاده شد. در این مدل 6 دسته قطره با اندازههای 10 میکرون تا 0/0045 متر - سایز متوسط اندازه دهانه ورودی و خروجی ستون - در نظر گرفته شد.
-3نتایج و بحث
در این پژوهش، شبیه سازی CFD هیدرودینامیک و انتقال جرم بین فازی با در نظر گرفتن چرخش دیسک و تاثیر آن بر مشخصه های هیدرولیکی و پدیده های انتقال بین فازی مورد بررسی گرفته شده است. ستون مورد نظر که شماتیک آن در شکل - 1 - نشان داده شده است مربوط به ستون استخراج درام[5] 3 می باشد که در آن پژوهش تنها هیدرودینامیک آن بررسی شده است.
