بخشی از مقاله
چکیده
تهدید ذخایر زیستی به وسیله آلایندههاي آلی یکی از مهمترین نگرانیهاي زیستمحیطی است. آترازین از گروه تریازینها، یک آلاینده آلی است. روش پلاسمایی و تخلیه الکتروهیدرولیک، روشی نوین است که در تصفیه آب ظاهر شده است.
در تحقیق حاضر شبیهسازي توزیع دمایی درون حباب پلاسمایی شکلگرفته مربوط به یک الکترود ولتاژ قوي صورت گرفته است. گستره دمایی حاصل از این شبیهسازي در تقابل خوبی با نمودارهاي مربوط به مطالعه آزمایشگاهی است. حداکثر دما، در درون حباب و حدوداً 5000-2000 کلوین است که توافق خوبی با محدوده گزارششده 4300-3500 کلوین حاصل از مقالات دارد. پس با توجه به این محدوده دمایی درون حباب پلاسمایی و نقطه جوش آترازین میتوان نتیجه گرفت که در واقع محیطی براي شکستن مولکول آترازین فراهم شده است.
.1 مقدمه
آترازین، یک علفکش است که علیرغم اثرات نامطلوب زیستمحیطی آن و سرطانزایی براي انسان، به طور گستردهاي در مزارع استفاده میشود. حتی دزهاي پایین آترازین در بدن انسان به اختلال در کار غدد درونریز میانجامد. این ماده در مناطقی با سطح آبهاي زیرزمینی بالا، سبب آلودگی ذخایر آبی میشود
استفاده مستقیم ازاُزون، هیدروژن پر اکسید و ترکیبی از اینگونهها به منظور تجزیه آلایندههاي آلی، سالهاي متمادي مورد استفاده قرار گرفته است. در روشهاي یادشده، براي تولیداُزون و گونههاي فعال شیمیایی از روشهاي تخلیه پلاسمایی بهره گرفته میشد. به عبارت دیگر در این روشها نسبت به روش تخلیه الکتروهیدرولیک پلاسمایی از قدمت بالایی برخوردارند، به طور غیرمستقیم از روش پلاسمایی استفاده میشد
شکل 1 تصویري سه بعدي از مولکول آترازین
تخلیه الکتریکی درون آب - تخلیه الکتروهیدرولیک - سبب ایجاد کانالهاي رسانا میشود که تولید کانالهاي پلاسمایی استریمر مانند نامیده میشود.[5] درون این کانالها نیز حاوي الکترونهاي پرانرژي است که سبب یونیزاسیون و تفکیک مولکولهاي مایع میشودمثلاً. براي مایعی مانند آب، در ابتدا گونههایی تشکیل میشوند که حاصل از تفکیک مولکولهاي آب به رادیکالهاي هیدروکسیل و هیدروژن هستند. سپس اینگونهها و دیگر گونههاي رادیکالی با یکدیگر واکنش داده و باعث تولید محصولات مولکولی نظیر هیدروژن و هیدروژن پراکسید میشوند و یا اینکه با محلول واکنش میدهند. در واقع توالی این رخدادها است که سبب تجزیه آلایندههاي آلی درون آبی میشود. رادیکال هیدروکسیل یکی از قدرتمندترین اکسایندهها است که قادر به تجزیه ترکیبات آلی است.
شکل 2 انتشار کانال استریمر ناشی از تخلیه
در تحقیق حاضر شبیهسازي شرایط شکلگیري حباب پلاسمایی به وسیله تکنیک CFD - دینامیک سیالات محاسباتی - تحت بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق، تخمین دماي پلاسما مطابق با نتایج تجربی مد نظر است، که به ما دیدگاه عمیقی نسبت به فرآیندهاي برهمکنشی پلاسما/مایع میدهد. پس از اینکه اعتبار این مدل با تشابه نتایج تجربی ارائه شد، میتوان ادعا نمود که مدلسازي حاضر موفق بوده است. ارزیابی خواص شیمیایی پلاسماي بخار آب بر روي تجزیه آترازین و توزیع دمایی درون حباب پلاسمایی ارائه شده است. مطالعه حاضر شبیهسازي توزیع حرارتی مربوط به یک حباب حاصل از تخلیه الکتریکی درون آب را ارائه میدهد.
.2 روش شبیهسازي
رفتار پلاسما در داخل یک حباب مد نظر است. شبیهسازي شکل گیري حباب مربوط به شکلگیري حباب ناشی از اعمال تخلیه 5 کیلوولتی را در نظر داریم. خواص انتقالی پلاسماي بخار آب را در یک کد محاسباتی تعریف نمودهایم. شبیهسازي دینامیک سیالات محاسباتی براي توزیع دمایی حباب با استفاده از یک شبیهسازي عددي انجام شده است. علم دینامیک حباب توسط مدل کسر حجمی - VOF - در نظر گرفته میشود. هندسه مسئله داراي ابعاد در حدود شکلگیري یک حباب در آزمایشگاه است که ابعاد میلیمتري براي آن گزارش شده است.[9] در جدول 1 خواص شیمیاي آترازین آورده شده است که به عنوان ماده مورد شبیه سازي مد نظر ماست و در آن تخلیه الکتریکی اتفاق می افتد.
نزدیک حباب، تمام پارامترهاي پلاسما یکنواختاند و پلاسما در حالت تعادل گرمایی موضعی است.[10] پلاسماي درون حباب و آب احاطهکننده حباب در تعادل جرم و انرژي هستند. تبادل انرژي به صورت کار مکانیکی و تابش گرمایی اتفاق میافتد. تبادل جرم توسط تبخیر و چگالش آب روي دیواره حباب انجام میشود. در حقیقت فرآیند تبادل جرم، نیز در تبادل انرژي شرکت میکند. در مدتی که تخلیه الکتریکی انجام میشود. در طی زمانی که تخلیه الکتریکی انجام میشود، انرژي الکتریکی وارد حباب میشود. همین طور که آب اطراف کانال تخلیه تبخیر میشود، گاز درون حباب تفکیکشده و سپس یونیزه میشود
در پایان مرحله تخلیه الکتریکی، به خاطر فشار بالاي پلاسماي درون حباب، شعاع حباب شروع به افزایش میکند. با افزایش حباب، فشار پلاسما کاهش مییابد. لذا سرعت انبساط حباب کاهش مییابد. هنگامی که سرعت انبساطش به صفر میرسد، حباب به حداکثر شعاع خود رسیده است.
به منظور تأیید نتایج شبیهسازي به دست آمده، مقایسه توزیع دمایی مربوط به شبیهسازي عددي شکلگیري حباب و نمودارهاي مربوط به اندازهگیري تجربی مطابق با شکلهاي 3 و 4 ارائه شده است.
