بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه هیدرودینامیک جریان آرام دوفازي مایع- بخاردر فرآیند خشک شدن انجمادي هیدروژل متخلخل بر اساس مدل دارسی- برینکمن گزارش شده است. با ایده ال سازي ساختار هندسی محیط متخلخل و حل هم زمان معادلات پیوستگی، انتقال جرم، حرارت و مومنتوم میزان بخار کندانس شده در شرایط مختلف حرارتدهی تعیین و تاثیر آن بر سرعت خشک شدن انجمادي بررسی شده است.
تاثیر نفوذ پذیري محیط متخلخل روي رفتار حرکت بخار در خلل و فرج میکرونی ماده خشک شونده نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. توزیع سرعت حرکت بخار بدست آمده از شبیه سازي در محیط میکرونی حدود %8 خطا با پیش بینی مدل دارسی نشان میدهد. در نهایت دماي بهینه فرآیند، جهت خشک شدن انجمادي هیدروژل اسفنجی با استفاده از شبیهسازي تخمین زده شده است.
-1 مقدمه
تا کنون مطالعات زیادي درباره حرکت سیال در محیط هاي میکرونی انجام شده است و در اکثر مطالعاتی که توسط کاریناداکیس و بسکوك44 جهت تعیین رفتار سیال در محیط هاي متخلخل ارائه شده است، به دلیل اهمیت نیروهاي ویسکوز و موئینگی در مقیاس میکروسکوپیک ،استفاده از مدل دارسی-برینکمن و مدل هاي تراوش45 پیشنهاد شده است تا اثرات ویسکوز جریان لحاظ شود
در مطالعاتی که توسط نایمر و آرکیلیک46 انجام شده است ،به دلیل تاثیر نیروهاي موئینگی و کشش سطحی در مقیاس میکروسکوپیک،گرادیان فشار بالاتر از مقداري که در محیط هاي ماکروسکوپیک وجود دارد گزارش می شود و استفاده از شرط مرزي لغزشی در کنار معادلات ناویر استوکس براي تخمین رفتار سیال در محیط پیوسته تطابق خوبی با نتایج تجربی نشان داده است.[7,6] جریان هاي دو فازي مایع-بخار تحت تاثیر نیرو هاي موئینگی در محیط هاي متخلخل مرطوب، در صنایع شیمیایی مختلف از جمله برداشت نفت از مخازن هیدروکربنی، خشک شدن مواد بیومتریال، راکتورهاي کاتالیستی و... داراي اهمیت میباشند. اما تا کنون اطلاعات کمی در باره هیدرودینامیک جریان هاي دو فازي بخار-مایع در محیط متخلخل ارائه شده است.
لارکینز و وایت47 و تورپین و هانتینگتون48، سه رژیم جریانی مختلف یکنواخت، غیر یکنواخت وگذرا49پیشنهاد دادند که در آنها با افزایش شار جرمی مایع، میزان بخاري که از فضاي خلل و فرج ناحیه متخلخل عبور میکند،کاهش می یابد و با افزایش سرعت بخار، افت فشار بیشتر میشود.
در این شبیه سازي جریان دو فازي مایع-بخار و تغییر فاز بخار به مایع در فرآیند خشک شدن انجمادي پلیمر متخلخل، با استفاده از دیدگاه مدل مخلوط در جریان هاي چند فازي مورد بررسی قرار گرفته است در این مدل بر خلاف مدل هاي گذشته پارامتر نفوذ پذیري یا نفوذ نادسن ثابت در نظر گرفته نمی شود و با استفاده از ایدهآل سازي هندسی ساختار محیط متخلخل، هیدرودینامیک جریان بررسی شده و در نهایت سرعت خشک شدن بر حسب میزان بخار کندانس شده در دماهاي مختلف خشک کن انجمادي گزارش شده است.
-2 مدل سازي فرآیند
در این قسمت بر اساس مدل عقب نشینی سطح یخ به طور یکنواخت که در شکل - 1 - نشان داده شده است
باتوجه به عدد نادسن محاسبه شده - 8/91×10-9 - که کمتر از یک می باشد بخارات حاصل از تصعید یخ در ناحیه خشک و متخلخل به صورت رژیم جریانی پیوسته منتقل میشوند. علاوه بر انتقال جرم بخار از فصل مشترك، بخشی از بخار آب حاصل از تصعید دوباره در منافذ لایه خشک کندانس میشود
