بخشی از مقاله
چکیده
شبیه سازي سه بعدي هیدرودینامیک راکتور هواخیز با جریان داخلی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی - CFD - براي سیستم دوفازي آب و هوا در بازه اي از سرعت هاي ظاهري گاز انجام شده است. شبیه سازي ها بصورت ناپایا صورت گرفته است. مدل چند فازي اویلر-اویلر به همراه مدل آشفتگی k-ε RNG براي شبیه سازي ها مورد استفاده قرار گرفته است. متوسط ماندگی گاز در بالابرنده و متوسط سرعت مایع در بالابرنده و ناودانی بدست آمده از شبیه سازي با نتایج تجربی موجود مقایسه گشته و همخوانی خوبی را نشان می دهد. توزیع شعاعی ماندگی و سرعت گاز در بالابرنده و همچنین توزیع شعاعی سرعت مایع براي بازه اي از سرعت هاي ظاهري گاز در بالابرنده و ناودانی در ارتفاع 1/75 متر از انتهاي راکتور گزارش شده است.
مقدمه
برج هاي دوفازي بدلیل تماس خوبی که میان گاز و مایع ایجاد می کنند کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی و بیوتکنولوژي پیدا نموده اند. برج هاي حبابکار و راکتورهاي هواخیز از جمله دستگاههاي تماس دهنده گاز و مایع می باشند؛ این دستگاهها بصورت گسترده براي انجام واکنشهاي شیمیایی از قبیل هیدروژناسیون، کلراسیون، سنتزهاي فیشرتروپش، تخمیرکننده ها، تصفیه پساب ها و ... استفاده می شوند. راکتورهاي هواخیز بسته به نوع قرارگیري بالابرنده و ناودانی به دو دسته کلی تقسیم می شوند: راکتورهاي هواخیز با جریان داخلی و راکتورهاي هواخیز با جریان خارجی.[1] راکتور با جریان داخلی یا بصورت لوله هاي هم مرکز و یا بصورت یک برج حباب ساده که یک split در درون بالابرنده قرار گرفته استفاده می شوند. در این نوع راکتورها گاز می تواند وارد ناودانی شود.
راکتور با جریان خارجی شامل یک برج حبابکار - بالابرنده - و یک لوله عمودي - ناودانی - که در خارج آن قرار دارد و بوسیله لوله هاي افقی به هم متصلند.[2] تفاوت ماندگی گاز در بالابرنده و ناودانی موجب اختلاف دانسیته توده سیال در این نواحی می شود که این امر منجر به چرخش سیال در راکتور می گردد. ماندگی کمتر گاز در ناودانی سبب افزایش جرخش سیال در درون راکتور می گردد که وابسته به بازده جداکننده می باشد. از جمله مزیت هاي راکتورهاي هواخیز بر دستگاه هاي مشابه تنش برشی کم، ظرفیت بالاي انتقال جرم و حرارت، اختلاط مناسب بدون بخش حرکتی و بزرگنمایی ساده تر آن می باشد.[3]
تا کنون در مقالات زیادي به بررسی پارامترهاي هیدرودینامیکی این راکتورها پرداخته اند.[4-8] از میان این پارامترها ماندگی گاز و سرعت فازها در بالابرنده و ناودانی اهمیت بیشتري دارد.[1] خواص فاز مایع، هندسه راکتور - نسبت ارتفاع به قطر، نسبت سطح مقطع ناودانی به سطح مقطع بالابرنده، طراحی جداکننده گاز- مایع و طراحی توزیع کننده گاز - و شرایط عملیاتی - شدت جریان گاز و مایع ورودي به راکتور - هیدرودینامیک راکتور هاي هواخیز را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند.[9] چرخش مایع بستگی به سرعت ظاهري گاز دارد، این وابستگی توسط افراد زیادي مورد بررسی قرار گرفته و به ارائه روابط کاملآ تجربی منتج گردیده است.
ω تابعی از هندسه راکتور هواخیز و خواص مایع می باشد، وابستگی ω به هندسه راکتور ناشناخته است، اما بوسیله رژیم جریان بخوبی براي هندسه راکتور بدست می آید. در کارهاي انجام شده توسط 1986 Merchuk و Onken و Weiland 1983 مقدار برابر با 0/4 بدست آمده است. در کارهاي دیگر براي مقادیر متفاوتی بدست آمده است، که این نشان میدهد رابطه بالا چندان قابل اعتماد نمی باشد. روابط دیگري نیز با این فرض که چرخش گاز در ورودي قابل صرفنظر کردن می باشد ارائه گردیده است اما از آنجا که این روابط براي یک هندسه ارائه شده است قابل تعمیم نمی باشد.[2]
به این دلیل شبیه سازي رفتار هیدرودینامیکی یک راکتور هواخیز با جریان داخلی با سیستم دوفازي آب و هوا مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازي ها در بازه اي از سرعت هاي ظاهري گاز صورت گرفته است. هندسه استفاده شده در این کار هندسه شماره 2 در کار Van Baten و همکاران[1] می باشد. جهت تولید هندسه و ایجاد مش از نرم افزار Gambit و جهت شبیه سازي ها از بسته نرم افزاري CFD با نام Fluent استفاده شده است؛ نتایج حاصل ازشبیه سازي ها با داده هاي تجربی مقایسه گردیده اند، سپس هیدرودینامیک سیستم مورد بررسی قرار گرفته است.
