بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به بررسی و شبیهسازی دینامیک سیالات محاسباتی برای جریان درون خشککن پودر پلیمر پرداخته شده است. خشککن پلیمر پتروشیمی جم با مقیاس صنعتی و حجم 20 مترمربع است که دارای 2 بستر سیال با دبی و اندازه متفاوت میباشد. این درایر به صورت سهبعدی و غیرمتقارن است که دارای ورق توزیع جریان پانچدار میباشد. این ورق فشار زیر بستر را به جریان پرسرعت در بستر سیال تبدیل مینماید و بستر معلقسازی مناسبی برای ذرات فراهم مینماید.
بررسی شرایط فشار، سرعت و دما در هر ناحیه از خشککن موجب آشکارسازی جریان و درک کامل رفتار سیال میگردد. با اشکاری سازی مقادیر سرعت در خطوط جریان و الگوی آن در اطراف دیواره ریزش و هاپر بالایی، میتوان موانع و مشکلات عملکردی خشککن را شناخت و در صدد رفع آن برآمد. بخشهای مختلف خشککن به لحاظ سیالاتی دارای ویژگیها خاص خود هستند که در نتایج عددی مورد بحث قرار گرفته است.
نکات برجسته پژوهش
· معرفی و تشریح خشککن بستر سیال صنعتی با 2 بستر سیال
· تشریح فرآیند شبیهسازی دینامیک سیالات محاسباتی متناسب با مسئله
· بررسی الگوی رفتار و خواص جریان درون درایر و تحلیل آن
-1 مقدمه
در سالهای اخیر استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی CFD روشی سریع و ارزان برای شبیهسازی خشککنهای مختلف است. یکی از پر کاربردترین خشککنها که به صورت مستقیم محصول مرطوب را خشک میکنند، خشک کنهای بستر سیال است. اگر نگاهی جامع به مسئله بستر سیال - نه الزاما خشک کن - وجود داشته باشد، در تعریف اولیه اگر سیال با سرعتی کم بین فضای خالی ذارت را پر کند، بستر ثابت و اگر ذارت سیال با استفاده از افزایش نرخ جریان جابجا شوند، بستر توسعه یافته - انبساطی - نامیده میشود
در تحقیقی دیگر سوبیسکی به بررسی یک نوع خشک کن بستر سیال توسعه یافته پرداخته شده است. هدف اصلی محقق، شبیهسازی و اعمال مدلهای سیالاتی و ریاضی در نرم افزار فلوئنت برای مسئله مدنظر خود و مقایسه با یک نمونه آزمایشگاهی است.
در این تحقیق اثرات سرعت ورودی - سرعت ثابت، سرعت با توزیع خاص، سرعت با درنظر گرفتن هندسه لوله ورودی - بررسی شده است تا مشخص گردد که نحوه اعمال سرعت ورودی شرط مرزی چگونه بر رفتار جریان سیال تاثیر میگذارد. میدان حل محاسباتی به صورت 2 بعدی، 2بعدی متقارن محوری و 3 بعدی درنظر گرفته شده است. اثر تعداد سلول های حل، ساختار سلول های حل - با سازمان و بی سازمان - ، نوع مدل به کار برده شده در محاسباتی عددی و فلوئنت، مدل توربولانسی حل و تاثیر ارتفاع بستر از فاکتورهای مهم بررسی شده است
در یک مطالعه توسط محققان ایرانی در سال 2014، شبیهسازی سه بعدی یک خشک کن Deep- Bed برای سنجش کارایی عملیاتی آن انجام گردیده است. کل تحقیق بر اساس دینامیک سیالات محاسباتی و با نرمافزار تجاری فلوئنت صورت پذیرفته است. نتایج بدست آمده و دادههای تجربی مورد بحث قرارگرفته است. دمای هوا و نرخ جرمی جریان ورودی بیشترین تاثیر را بر روند خشک کردن و معیارهای مذکور داشته است. نتیجهگیری نهایی تحقیق نشان داده است که برای دستیابی به راندمان وکارایی بهتر، افزایش دمای هوای ورودی و کاهش نرخ جرمی جریان مفید واقع میگردد.
هندسه و شکل اجزای یک سامانه سیالاتی به شدت بر نوع رفتار دینامیکی و سینماتیکی آن تاثیر گذار خواهد بود. تشابه هندسی بین مدل واقعی و شرایط ریاضی اعمالی موجب دقت در مدلسازی و تشابه دینامیکی جریان واقعی و محاسباتی خواهد شد. تحقیقی در سال 2009، به طراحی کارآمد پخش کن گازی یک خشک کن بستر سیال پرداخته است. در تمام مطالعات سیالاتی پخشکنها، غیریکنواختی جریان بستر سیال و زمان ماند ذرات درون خشککن چالش اصلی بوده است.
صفحه پخشکن انتخاب شده باید شرایط انتقال جرم و حرارت را تحمل نماید. صفحهی پخش کن در انتهای خشککن نصب است، از این رو باید وزن خود و مواد روی خود را تحمل کند. قابلیت کار کردن برای مدت زیاد بدون انسداد و استفاده حداقل از قدرت پمپ را داشته باشد. در زمینه مطالعات CFD برای پخش کنهای خشککن، بیشتر بر نحوه تشکیل حبابهای بستر و نحوه جریان سیال پرداخته شده است. در تحقیق کنونی بیشتر بر پارامترهای هندسی تاکید شده و نتایج آن مقایسه گشته است.
در تحقیقی دیگر در سال 2007 اثرات نوع پخش کن بر شرایط هیدرودینامیک بستر سیال مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق سه نوع شکل اصلی برای صفحه پخش کن انتخاب گردیده است. پخش کن موج هلندی، پخش کن سوراخ دار و پخش کن پانچی.
شکل 1 نمایش شکل پانچ ها روی ورق پخش کن
صفحه پخشکن پانچی برای الگوی جریان چرخشی و همراه با سیرکولاسیون مورد استفاده قرار میگیرد. در روند کنترل و مانیتورینگ خشککنهای صنعتی، میزان دما و رطوبت به همراه نوسانهای فشار مورد تحلیل قرار میگیرد تا معیاری برای کارایی خشککن در دسترس باشد.
تحقیق دیگر در سال 2010 برای بررسی الگوی سیرکولاسیون جریان برای فاز گاز- جامد و اثرات پخش کن با روش های دینامیک سیالات عددی انجام گردیده است. فاکتورهای مختلف محاسباتی در کل روند تحقیق عبارتند از نیروی درگ و هیدوردینامیکی، معادلات جبری و انتقالی ذرات گرانول، مدل اصطکاک و تنش، مدلهای توربولانسی و در نهایت، تفاوت رفتار توزیع جریان برای چند پخش کن. نتایج حل عددی نشانگر تاثیر زیاد ضریب و نیروی درگ در رفتار هیدوردینامیکی بستر سیال با چند نوع متفاوت پخش کن است. رویکرد حل بر اساس روش اویلر- اویلر 2بعدی برای CFD است.
