بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه، یک شبیهسازی CFD برای بررسی عملکرد هیدروسیکلون واحد تغلیظ مجتمع مس سرچشمه با استفاده از نرمافزار OpenFoam انجام شده است. معادلات پیوستگی و ممنتوم همراه با نیروهای شناوری و درگ با روش حجم محدود حل شدند. جهت مدلسازی جریان آشفته از مدل شبیهسازی گرداب بزرگ - LES - و از روش فاز گسسته براساس مدل MPPIC برای پیشبینی رفتار ذرات جامد و محاسبه بازده استفاده شده است. براساس نتایج شبیهسازی بازده جداسازی هیدروسیکلون محاسبه شده و جهت اعتبارسنجی، نتایج با دادههای تجربی مقایسه شده است. الگوی جریان و توزیع سرعت توسط شبیهسازی بهدست آمد. رفتار ذرات جامد در داخل هیدروسکلون بررسی شد و مشاهده گردید که ذرات با اندازههای مختلف، رفتار حرکتی متفاوتی دارند. همچنین اثر افزایش سرعت جریان ورودی روی بازده جداسازی مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که با افزایش سرعت ورودی، راندمان افزایش مییابد.
کلمات کلیدی: هیدروسیکلون، دینامیک سیالات محاسباتی، جریان آشفته، بازده جداسازی، OpenFoam، MPPIC
نکات برجسته پژوهش
• شبیهسازی CFD هیدروسیکلون به صورت سه بعدی براساس مدل MPPIC توسط نرمافزار
• بررسی اثر افزایش سرعت جریان ورودی بر عملکرد هیدروسیکلون
-1 مقدمه
از هیدروسیکلونها در صنایع مختلف برای جداسازی و طبقهبندی ذرات استفاده میشود. اصول کار آن شبیه به دستگاه گریز از مرکز است. با این تفاوت که بدنه سیکلون ثابت است. جریان به صورت مماسی به بدنه استوانهای هیدروسیکلون وارد میشود و شروع به چرخش میکند. ذراتی که همراه سیال هستند، تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز و مقاومت سیال قرار میگیرند. ذرات ریز و میزان زیادی آب به کمک ستون هوایی که در بخش مرکزی تشکیل میشود، به سمت محور حرکت کرده و از سرریز خارج میشوند. ذرات درشت یا چگال به سمت کنارهها حرکت میکنند و همراه با مقداری آب، از جریان رو به پایین تهریز خارج میشوند .[1]
تحقیقات زیادی برای طراحی و بررسی عملکرد هیدروسیکلونها در دهههای اخیر انجام شده است. دلگادیلو و راجامانی [2] از روش لاگرانژی برای پیشبینی طبقهبندی سنگ آهک در یک هیدروسیکلون 75 میلیمتری استفاده کردند. ما و همکاران [3] بیان کردند که مدل k- استاندارد برای مدلسازی آشفتگی در هیدروسیکلون مناسب نیست. آورئوس و فوئنتس [4] به کمک 1 CFD و به صورت متقارن یک هیدروسیکلون را شبیهسازی کردند و منحنی طبقهبندی برای ذرات را به دست آوردند. صفا و سلطانی گوهرریزی [5] یک شبیهسازی CFD برای بهینهسازی کارایی یک هیدروسیکلون انجام دادند و اثر تعدادی از پارامترها را روی عملکرد آن بررسی کردند. آنها بیان کردند که با افزایش درصد جامد خوراک، راندمان جداسازی کاهش و افت فشار افزایش مییابد.
همچنین بیان کردند که با کاهش قطر تهریز و قرار دادن میله فلزی در میانه هیدروسیکلون عملکرد آن بهبود مییابد. موکنی و همکاران [6] به کمک دینامیک سیالات محاسباتی، تاثیرارتفاع استوانهای را روی میدان جریان، افت فشار و کارایی هیدروسیکلون مورد مطالعه قرار دادند.آنها دریافتند که ارتفاع استوانهای تاثیر اندکی روی سرعت مماسی و سرعت محوری دارد، در حالی که تاثیر قابل توجهی روی تقسیم جریان، افت فشار و بازده جداسازی مشاهده کردند. تجا ردی و همکاران [7] اثر گردابهیاب مخروطی درزاویههای مختلف و ارتفاع قسمت مخروطی را روی عملکرد هیدروسیکلون به کمک دینامیک سیالات محاسباتی مورد بررسی قرار دادند.
آنها بیان کردند که استفاده از گردابهیاب مخروطی به جای لوله مستقیم در زاویههای مخروطی مختلف، خروج ذرات درشت از سرریز را کاهش میدهد و مخروطی بلند، زمان اقامت کافی برای جداسازی همه ذرات، براساس نیروهای گریز از مرکز و درگ را فراهم میکند.در این مطالعه با استفاده از روش فاز گسسته براساس مدل 2 MPPIC، میدان جریان هیدروسیکلون واحد تغلیظ مجتمع مس سرچشمه شبیهسازی میشود. پس از اعتبارسنجی مدل، الگوی جریان و توزیع سرعت از شبیهسازی بهدست میآید. همچنین اثر افزایش سرعت خوراک ورودی، بر عملکرد هیدروسیکلون مورد بررسی قرار میگیرد.
-2 توصیف مدل و معادلات حاکم
ابعاد هیدروسیکلون شبیهسازی شده در جدول 1 آورده شده است و شکل 1 هندسه و شبکهبندی آن را نشان میدهد. کل دامنه محاسباتی به صورت سازمان یافته بر پایه سلولهای شش وجهی شبکهبندی شد. فشار در دو خروجی - سرریز و تهریز - برابر فشار محیط در نظر گرفته شد. سرعت آب و ذرات ورودی برابر 2/66 m/s میباشند.نمادها از سمت راست معرف قطر بدنه استوانهای، پهنای ورودی، ارتفاع ورودی، قطر گردابهیاب، طول گردابهیاب، طول استوانهای، طول مخروطی و قطر تهریز میباشند.
-1-2 معادلات حاکم بر فاز پیوسته
در این کار برای مدلسازی میدان جریان درون هیدروسیکلون از مدل شبیهسازی گرداب بزرگ 3 - LES - ، استفاده شده است .[8]
