بخشی از مقاله
چکیده
هدف اصلی از این مقاله شبیه سازی دو بعدی پارامترهای هیدرو دینامیکی راکتور هواراند با گردش داخلی با دو ساختار متفاوت می باشد . از آب به عنوان فاز پیوسته و حباب های هوا به عنوان فاز پراکنده استفاده شده است. نتایج حاصل از مدل دینامیک سیالات محاسباتی برای دو پارامتر سرعت گردش مایع و ماندگی فاز گاز در مایع در سرعت های مختلف هوادهی با نتایج تجربی مقایسه شده است . مدل هماهنگی بسیار خوبی را با داده های تجربی نشان می دهد و همچنین نتایج بیان می کنند که با افزایش فاصله تیغه ها از دیواره راکتور بهترین اختلاط جریان و بالاترین میزان برگشت مایع و گاز بین تیغه و دیواره هاایجاد می - شود.
مقدمه
راکتورهای هواراند 12 کاربردهای فراوانی در صنایع شیمیایی، تخمیر زیست شیمیایی و عملیات تصفیه پساب های صنعتی یافته اند
این راکتورها به عنوان تجهیزات تماس دهنده موثری برای فرایند های گاز، مایع و جامد شناخته شده اند که طرح نسبتا ساده مکانیکی آنها، تنش برشی ناچیز، ظرفیت بالا، اختلاط مناسب بدون نیاز به همزن مکانیکی و هزینه پایین از مزایای این بیوراکتور ها می باشد . راکتورهای هواراند در حقیقت شکل اصلاح شده ای از ستون های حبابی هس تند که ساختمان داخلی توسط یک تیغه جداکننده 13 و یا یک تیوب به دو بخش تقسیم شده است. به بخشی که فاز های عملیاتی به سمت بالا حرکت می کنند، بالارونده14 و به بخش دیگر ناودان15 می گویند. دو نوع راکتور هواراند وجود دارد :
راکتور با گردش داخلی و راکتور با گردش خارجی. نیروی محرکه به سبب اختلاف فشار و یا اختلاف دانسیته ناشی از حضور گاز بین بالارونده و ناودان به وجود می آید که این امر موجب گردش مایع در راکتور می گردد ]ٍ.[ هدف از این مقاله شبیه سازی راکتور هواراند با گردش داخلی ]ٍ[ با استفاده از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی16 و مقایسه نتایج به دست آمده با داده های تجربی برای دو پارامتر هیدرودینامیکی سرعت گردش مایع و ماندگی گاز و بررسی اثر کاهش شعاع لوله داخلی بر روی این دو پارامتر می باشد . مطالعات فراوانی جهت برآورد این پارامترهای هیدرو دینامیکی از طریق دینامیک سیالات محاسباتی انجام شده است
معادلات
مدل جریان حبابی17 به عنوان مدل جریان چند فازی برای حباب های گاز بالارونده از میان مایع در نظر گرفته شده است.
که ∅ کسر حجمی فاز مایع، دانسیته مایع - kg/m3 - ، سرعت مایع - m/s - ، فشار - pa - ، ویسکوزیته دینامیکی مایع - pa.s - و g بردار شتاب ثقل - m/s2 - می باشند. برای غلظت های کم گاز، معادله پیوستگی به صورت زیر می باشد:
و برای انتقال فاز گاز:
که سرعت فاز گاز - m/s - ، دانسیته گاز - kg/m3 - ، ∅ کسر حجمی گاز و میزان انتقال جرم از فاز گاز به درون مایع - kg/ - m3.s - - می باشد. برای جریان های متلاطم می توان از مدل − استفاده کرد.
برای حل صحیح معادلات انتخاب یک تعداد مناسب از المان ها در فرایند مش بندی شکل بسیار مهم می باشد. در این شبیه سازی از مش بندی مثلثی با المان برای راکتور و المان برای راکتور استفاده شده است.
شکل 1: نمایی از راکتور مش بندی شده
نتیجه گیری
شکل ٍ کسر حجمی فاز گاز را برای زمان های مختلف در راکتور نشان می دهند . گاز از پائین ترین قسمت راکتور وارد می شود و به علت وجود اختلاف دانسیته بین فاز گاز و مایع به سمت بالا حرکت می کند . از آنجائی که سرعت آن در بالای تیغه ها کمتر می گردد، مقدار کمی از آن توسط مایع به داخل ناودان برگشت داده می شود. به علاوه به علت فضای کم در این قسمت از راکتور فرآیند اختلاط مشکل تر خواهد بود.
