بخشی از مقاله
چکیده
در بسیاري از صنایع و فرآیند هاي شیمیایی، اختلاط و به هم خوردن سیال، ناشی از چرخش پروانه در داخل یک مخزن می باشد. تکنیک هاي آزمایشگاهی در فرآیندهاي اختلاط پرهزینه و زمان بر بوده، به همین دلیل در این تحقیق با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان روشی جایگزین، جریان آشفته به همراه واکنش در یک مخزن همزن دار با دو نوع همزن مکانیکی - تک پره اي و دو پره اي - بررسی و نتایج مقایسه گردیدند.
از مدل –RNG k −ε براي شبیه سازي اغتشاش و از مدل - MRF - Moving Reference Frame براي شبیه سازي چرخش همزن استفاده گردید. همزن به کار رفته در این مخزن از نوع توربینی می باشد که جریان را به صورت شعاعی پخش می نماید. نتایج نشان می دهند که پیشرفت واکنش در حالت همزن دو پره اي به میزان %19 بهتر از حالت همزن تک پره اي می باشد.
-1 مقدمه
اختلاط و همگن شدن اهمیت زیادي در بسیاري از فرآیندهاي فیزیکی و شیمیایی دارد. عدم اختلاط مناسب در مخازن باعث مشکلاتی در فرایندهاي شیمیایی خواهد شد. اختلاط به سبب انتقال در سه سطح صورت می گیرد: مولکولی، گردابی - eddy - و حرکت جابجایی . - bulk motion or convection - مدل هاي مختلفی براي شبیه سازي اختلاط ارائه شده است.
این مدل ها بر اساس سه مکانیزم ذکر شدة فوق شکل گرفته اند و می توان تمام این مدلها را به چهار دسته کلی تقسیم بندي نمود : مدلهاي چرخشی , - models circulation - مدلهاي نفوذ گردابی , - eddy diffusion - مدل هاي شبکه مناطق - network of zones - و مدل هاي محاسبات دینامیکی سیال. در مدل هاي چرخشی فرض اساسی این است که اختلاط توسط جریان میانگین کنترل می شود. در مدل هاي نفوذ گردابی فرض می شود که کل فرآیند اختلاط توسط نفوذ گردابی کنترل می شود. دو مدل جدید تر شبکه مناطق و محاسبات دینامیکی سیال، نسبت به مدلهاي دیگر بسیار دقیق ترند. علت اصلی این امر این است که تاثیر سرعت مکانی سیال در این مدل ها مد نظر قرار می گیرد.
-2 تئوري
به منظور مقایسه الگوي جریان سیال که توسط دو همزن مورد بررسی ایجاد میشود، از روش دینامیک سیالات محاسباتی - CFD - استفاده گردید. روشهايCFD شامل حل عددي معادلات بقاي جرم، اندازه حرکت و انرژي به همراه معادلات دیگر مسأله - مانند معادلات مربوط به واکنش شیمیایی - در مناطق سیال میباشد. حل یک مسأله به روش CFD شامل دو مرحله اصلی است.
ابتدا کل فضاي سیال به اجزاء کوچک تقسیم - mesh - میشود، آنگاه معادلات مشتقات جزئی بیانگر جریان - که صورت مناسبی از معادلات Navier-Stokes میباشند - بر تماماین مشها - حجم هاي کنترل - اعمال میگردد. در نتیجه تعداد زیادي معادلات غیرخطی بدست میآید که باید به طور همزمان حل شوند. حل این معادلات با استفاده از الگوریتمهاي عددي انجام میگیرد.
