بخشی از مقاله
چکیده:
در پژوهش حاضر، با استفاده از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی - - CFD به بررسی اثر دریچه هاي هدایت بخار، بر روي سینی هاي غربالی پرداخته ایم. سینی غربالی شبیه سازي شده در مقیاس صنعتی می باشد.
بر روي این سینی آرایش هاي گوناگونی از دریچه طراحی شد. از دریچه هاي هدایت بخار به منظور بهبود الگوي جریان مایع بر روي سینی استفاده شده است. سعی شده تعداد بهینه ي دریچه ها بدست آید. تعداد 8 دریچه بهترین حالت را دارد. مهمترین پارامتر در طراحی دریچه ها، نسبت سطح دهانه دریچه ها به کل سطح آزاد سینی تشخیص داده شده است. این نسبت براي آرایش 8 دریچه اي، %14/31 است که این محدوده براي طراحی دریچه ها بر روي سینی غربالی پیشنهاد می شود.
مقدمه
امروزه از سینی هاي غربالی بطور گسترده اي در برج هاي جداساز سینی دار استفاده می شود. یکی از مشکلات سینی ها غربالی حرکت غیر یکنواخت جریان مایع بر روي سینی است که علت آن افزایش پهناي سینی هاي دایره اي در جهت جریان مایع از ورودي مایع تا وسط سینی و سپس کاهش پهنا از وسط تا انتهاي سینی است. این ساختار هندسی مایع را وادار می کند که از قسمت وسط سینی جریان یابد، در نتیجه توزیع سرعت مایع بر روي سینی غیر یکنواخت شده و در مرکز سینی زیاد و در نقاط دورتر از مرکز سینی کم می شود که موجب کاهش بازده سینی و ایجاد نقاط ساکن و مرده روي سینی می شود.
براي رفع این مشکل تاکنون ایده هاي گوناگونی مانند استفاده از تیغه ها و دریچه هاي هدایت بخار بر روي سینی ها مطرح شده است. در کار حاضر از دریچه هاي هدایت بخار39 براي بهبود الگوي جریان و کاهش نقاط مرده استفاده شده و بهترین طراحی از نقطه نظر تعداد، آرایش و جهت گیري آن ها انتخاب شده است.
دریچه هاي هدایت بخار با هدایت جریان بخار از مسیر عمودي به مسیر افقی بر روي جریان مایع اثر می گذارند. اگر از این دریچه هاي هدایت بخار به درستی استفاده شوند، انرژي که صرف ماندگی گاز میشود، صرف بالا بردن کارایی سینی می گردد. نصب آسان دریچه ها روي سینی، استحکام و ارزانی از فواید دیگر دریچه هاي هدایت بخار است. . دریچه هاي هدایت بخار به خصوص در مواقعی که نیاز به تغییرات در جریان مایع مورد نیاز باشد و هم چنین در مواقع رسوب بر روي سینی مفید خواهند بود.
پیشنهاد استفاده از این ابزارها در پتنت هاي گوناگون ارائه شده است 3]،2،1و..[4 مشخصات هندسی و اندازه هاي مورد استفاده قرار گرفته براي دریچه ها، در این تحقیق بر اساس اندازه هاي پیشنهاد شده توسط پیلینگ و همکاران[2] 40 است.
تحقیقات بر روي سینی ها با کمک آنالیز CFD از سال 1998 توسط محققین گوناگونی صورت گرفته است. این محققین توانایی مدل CFD را براي پیش بینی هیدرولیک سینی غربالی نشان داد اند. مهتا و همکاران[5] 41 یک مدل یک بعدي و پایا براي فاز مایع در رژیم جریان سرکف ارائه دادند.
فیشر و کوارینی[6]42 تلاش کردند که هیدرودینامیک گاز – مایع را به کمک یک مدل سه بعدي گذرا توصیف کنند. گرچه فرض سه بعدي و در نظر گرفتن حالت گذرا از ویژگی هاي اصلی این کار به شمار می روند. کریشنا و همکاران8]43،7و[9 یک مدل سه بعدي در چارچوب اولري-اولري براي شبیه سازي هیدردینامیک هر دو فاز ارائه کردند. یکی از نقاط قوت کار ایشان ارائه رابطه اي براي ضریب درگ است که مستقل از قطر حباب می باشد. در کارهایی که بعد از این کار بر روي سینی غربالی انجام شد، از این ضریب درگ استفاده شده است.
جسیت و همکاران[10] 44 مدل CFD خود را بر روي یک سینی با ناودانی در مقیاس صنعتی انجام دادند و نتایج خود را با نتایج تجربی مقایسه کردند.
رحیمی و همکاران [11]، یک مدل سه بعدي دو سیالی در چارچوب اولري –اولري براي تعیین همزمان هیدرودینامیک و توزیع غلظت سینی غربالی ارائه کردند. در این کار پیش بینی همزمان هیدرودینامیک انتقال جرم و انتقال حرارت انجام گرفت و بازده مورفري سینی ها با کمک CFD محاسبه گردید . در تحقیق حاضر سعی شده است با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی عملکرد سینی غربالی با استفاده از دریچه هاي هدایت بخار بهبود ببخشیده شود.
معادلات حاکم :
جریان دو فازي گاز- مایع در روي سینی از پیچیده ترین حالت هاي جریان سیال در دستگاه هاي فرایندي می باشد. جهت مدل سازي حرکت فاز ها روي سینی با استفاده از CFD علاوه بر معادلات بقا اندازه حرکت، بسته به شرایط جریان، به مدل هاي تکمیلی از جمله: مدل آشفتگی، معادلات ضرایب انتقال اندازه حرکت بین فازها - ضرایب درگ - و معادلات ضرایب انتقال جرم بین فازها نیاز می باشد.
