بخشی از مقاله
چکیده
این مطالعه شبیه سازي عددي با کاربرد - CFD - براي حل معادلات انتقال جرم و مومنتوم در یک تماس دهنده غشائی لوله اي براي شرایطجریان آرام می باشد . جز Aوارد غشاء شده با جز Bمخلوط می شود و واکنش می دهدو سپس از منافذ غشاء خارج میگردد.انتقال مومنتوم و جرم همچنین جریان آرام در این سیستم داریم که سرعت و غلظت اجزا A,Cبا حل همزمان معادلات نویر استوکس و نفوذ بدست می آید.
ضخامت ناحیه اختلاط کم و در حدود صدم میکرون می باشد وبه ضریب نفوذ A,Bبستگی دارد.غشاء از فیبر تو خالی است وداراي بهره مشخصی می باشد.اختلاط دو جزء روي خط جریانی است که دو جز بوسیله نفوذ به هم می رسند بدون اینکه جریان به صورت آشفته باشد اثر ضریب نفوذ در پهناي ناحیه اختلاط بررسی شد و نمودارهاي سرعت شعاعی و محوري رسم شده اند شبیه سازي عددي انتقال جرم و مومنتوم در حفره غشاء با نرم افزار COMSOL Multiphysics انجام شده است.
-1مقدمه
تماس دهنده هاي غشاء وسیله اي براي عمل انتقال جرم به کار می رودو باعث بوجود آمدن سطح بیشتري بین دو فاز می شود.[1] ومعمولامختص فازهاي گازومایع می باشد مانند شبیه سازي استخراج گازها ،پاشیدن گاز در مایع و عمل تقطیرغشایی براي نمک زدایی آب.
غشاي سیستم مایع –مایع به منظور ته نشینی ذرات ریزتوسط [3]Chen,Luoوته نشینی پلی آلومینیوم کلراید توسطFei,Jia[4] انجام شده است.در این غشاء جزA وارد حفره هاي غشاء و جز B از پوسته وارد غشاء می شود.A,Bواکنش می دهند .استاندارد براي اختلاط یک راکتور هم زن دار می باشد.[5] در آینده میکرو میکسر ها ومیکرو راکتورهایی طراحی خواهند شد که کانالهاي آنها داراي ابعاد کمتر از 1 میلیمتر می باشد.
مدلهاي مختلفی براي غشاء وجود دارد مانند: صفحه تخت، غشاء استوانه اي چرخان ،غشاء لوله اي وغشاء سانتریفوژ .به کمک آنالیزدینامیک سیالات محاسباتی - - CFD جریان در کانالهاي غشاءنشان داده می شود. این سیستم نمونه اي از میکرو مخلوط کن ها است که کاربرد آنها در واکنشهاي جذب گاز ،امولسیون هاو... می باشد..[6]این تحقیق مطالعه شبیه سازي عددي مومنتوم و انتقال جرم در حفره هاي یک غشاء براي جریان آرام می باشد. هدف از شبیه سازي محاسبه پروفایل غلظت اجزاA-C می باشد.
تاثیر پارامترهاي مختلف مانند ضریب نفوذ ،غلظت ها ، سرعت روي انتقال جرم بررسی می شود.
-2هندسه سیستم مورد مطالعه
شکل شماره 1 یک فیبر تو خالی را نشان می دهد به طول 0.4 متر و شعاع 0.03 مترکه در واقع یکی از حفره هاي غشاء می باشد..سیستم به صورت دو بعدي - به دلیل تقارن - نشان داده شده است.جز A با غلظتCAin ,وبا سرعت Vzin وجزBبا غلظت CBin و سرعت Vrinوارد میشود.حلال دو جز یکی و یا داراي ویسکوزیته دینامیکی مساوي هستند .فرض می کنیم تخلخل روي سطح جانبی غشاء نسبتا زیاد می باشد. مسئله را در حالت گذرا در نظر می گیریم.
-3مدلسازي سرعت وغلظت
معادلاتی که در این سیستم می بایست لحاظ شود شامل معادلات نفوذومومنتوم می باشد.
معادلات نویر استوکس:
که در این رابطهV بردار سرعت ،p فشار ، ρ دانسیته سیال و η ویسکوزیته دینامیکی می باشد.
معادلات انتقال شامل نفوذ و جابجایی می باشد:
که Ci غلظت جزi و Di ضریب نفوذ جز I می باشد.
