بخشی از مقاله
چکیده
کسکید ایمپکتورها معمولا برای ارزیابی ویژگی های ذرات ایروسل در کاربردهای دارویی و سم شناسی استفاده می شود.که به روش جذب بر اساس اینرسی عمل میکنند.کسکید ایمپکتور مارپل میلر یک کسکید ایمپکتور پنج مرحله ای با یک ورودی و یک فیلتر در آخر می باشد.یک ویژگی این کسکید ایمپکتور استفاده از مراحل جمع آوری فنجان شکل بجای صفحات جمع آوری کننده برای کمک به بازیابی سریع و ساده از ذرات با کمترین تلفات بین مراحل می باشد.
شبیه سازی به روش دینامیک سیالات محاسباتی از انتقال و نشست ذرات اطلاعاتی که مشاهده آنها در آزمایش های فیزیکی دشوار است را فراهم می کند. هدف از این مطالعه ارائه یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی از کسکید ایمپکتور مارپل میلر می باشد، بنابراین در این مقاله از روش دینامیک سیالات محاسباتی برای شبیه سازی کسکید ایمپکتور مارپل میلر استفاده شده است به این ترتیب که ابتدا میدان سرعت جریان برای جریان آشفته شبیه سازی و سپس مسیر ذرات با دیدگاه لاگرانژی ردیابی و در نتیجه الگوی نشست ذرات در هر مرحله مشخص می شود.
نکات برجسته پژوهش
· ارائه مدل دینامیک سیالات محاسباتی از کسکید ایمپکتور مارپل میلر
· ارزیابی رسوب ذرات در بخش های قبل از دستگاه تنفسی
· تعیین خصوصیات و اندازه ایروسل ها
-1 مقدمه
ایروسل 1یک سیستم دینامیکی است که به صورت یک سیستم دوفازی شامل ذرات جامد یا مایع در گاز تعریف می شود.[1]تعیین خصوصیات ایروسل - اندازه,غلظت,ترکیب شیمیایی,... - و دانستن اثر ذرات ایروسل بر سلامتی انسان مهم است.اطلاعات رسوب ایروسل در دستگاه تنفسی انسان برای فهمیدن اثرات بیولوژیکی ایروسل های استنشاقی مهم است.اما اندازه گیری این رسوب در دستگاه تنفسی نیاز به تکنیک های خاصی می باشد.
در دو دهه اخیر مدلسازی دینامیک سیالات محاسباتی - CFD - 2در جهت انتقال/رسوب ایروسل به طور قابل توجهی گسترش یافته است.که این در محاسبه رسوب ایروسل در وسایل نمونه گیری/جمع آوری ایروسل شامل ایمپکتورها3 ،سیکلون,4فیلترها 5و همچنین برای ارزیابی رسوب ذرات در بخش های قبل از دستگاه تنفسی انسان استفاده می شود.امروزه مدلسازی CFDبه نسبت آزمایش های فیزیکی طولانی نیست با این حال شبیه سازی CFDباید با نتایج تجربی ارزیابی شود.
ایمپکتورها دستگاه هایی هستند که از مکانیزم برخورد بر اثر اینرسی6 برای جذب ذرات استفاده می کنند که از چند طبقه متوالی تشکیل شده و هر طبقه متشکل از تعدادی نازل است که برای جذب ذراتی با اندازه مشخص طراحی شده اند.شکل - - 1 نمای شماتیک یک ایمپکتور را نشان می دهد به این ترتیب که هر طبقه نسبت به طبقه قبلی خود ذرات ریزتری را جذب می کند و در انتها با وزن کردن صفحه برخورد هر طبقه می توان نمودار توزیع جرمی ذرات را بدست آورد.
-2 روش
-1-2کسکید ایمپکتور مارپل میلر
کسکید ایمپکتور در نظر گرفته شده در این مطالعه دارای پنج مرحله ویک ورودی ویک فیلتر درآخر می باشد. عکس از کسکید ایمپکتورمارپل میلر - - MMI و قطعات و اجزای آن در شکل - - 2aآورده شده است.الگوی جریان هوا در شکل - - 2b نیز آورده شده است.
شکل 1 نمای شماتیک کسکید ایمپکتور
هوای ورودی به ایمپکتور از طریق یک لوله با قطر 3,5 سانتی متر که به سمت زاویه راست می چرخد و از اولین مرحله نازل در ایمپکتور عبور می کند.مسیر جریان خروجی از فنجان در یک جهت معکوس از مسیر ورودی در یک سرعت نسبتا پایین هدایت می شود و در نتیجه تلفات در این بخش کاملا کم است و سپس جریان از یک چرخش زاویه راست عبور کرده و درون نازل در مرحله بعدی وارد می شود.جایی که الگوی جریان تکراری است اما سرعت برای ارائه ذرات کوچکتر بالاتراست
.بنابراین این باعث می شودکه ذرات برای رفتن از یک مرحله به مرحله بعدی 90 درجه بچرخد وبرای اجرای این نوع مسیر جریان همه مراحل ایمپکتور در 45 درجه بر هم عمود هستند.هر مرحله ایمپکتور شامل چندین نازیل دایروی شکل می باشد به جز مرحله اول که فقط یک نازل دارد.این نازل ها هوا و ذرات را بر روی صفحه جمع آوری هدایت می کنند.
در جدول - 1 - جزئیات MMI که شامل تعداد نازل ها,قطر نازل ها,قطر برشی و عدد رینولدز است آورده شده است.تعداد نازل ها از یک در اولین مرحله تا 80 در مرحله آخر می باشد. قطر نازل ها از 1,33 در مرحله اول تا 0,041 سانتی متر در مرحله 5 می باشد.MMI برای شدت ریت 30 لیتر بر دقیقه طراحی شده است.در این شدت ریت عدد رینولدز از 3160 در مرحله اول تا 1300 در مرحله آخر می باشد.جریان تراکم ناپذیر و گذرا - آشفته - برای همه مراحل می باشد.ارتفاع بین خروجی نازل ها و صفحه جمع آوری برای مراحل 1تا 3 برابر با قطر نازل و برای مراحل 4و5 به ترتیب برابر با 0,1008و0,1025می باشد
