شبیه سازی جریان در هیدروسیکلون تک فازی با دینامیک سیالات محاسباتی

• Published in: Muhandisī-i manābi̒-i ma̒danī
• Main Authors: مجید هدایتی فرد, محمد مسینایی, سیدابوذر فنایی
• Format: Article
• Language: Persian
• Published: Imam Khomeini International University 2021-09-01
• Subjects: هیدروسیکلون; شبیه سازی; مدل سازی; دینامیک سیالات محاسباتی (cfd)
• Online Access: https://jmre.journals.ikiu.ac.ir/article_2181_656fb636181b9b257544f11531b8f8d7.pdf
• ISSN: 2538-5143; 2676-6132

شبیه‌سازی هیدروسیکلون‌ها معمولا به کمک مدل‌های تجربی انجام می‌گیرد. مهم‌ترین محدودیت مدل‌های تجربی، وابستگی آن‌ها به پارامترهای سیستم و در نتیجه عدم جامعیت آن‌ها است. دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) یک ابزار قدرتمند برای مدلسازی جریان سیال در سیستم‌های مختلف است. هدف از انجام پژوهش حاضر، شبیه‌سازی و مدلسازی سه‌بعدی جریان مواد در داخل یک هیدروسیکلون با مدلسازی تک فازی (آب) به روش CFD است. مراحل مختلف فرآیند شبیه‌سازی شامل طراحی هندسه سیستم، شبکه‌بندی، تعیین خصوصیات جریان، تعیین شرایط اولیه و مرزی، انتخاب مدل توربولنس، تعیین پارامترهای عددی، حل مساله و در نهایت اعتبارسنجی نتایج حاصل است. برای اعتبارسنجی نتایج شبیه‌سازی از داده‌های اندازه‌گیری مستقیم پروفیل‌های سرعت در یک هیدروسیکلون آزمایشگاهی استفاده شد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که سرعت مماسی سیال داخل هیدروسیکلون از جداره به سمت هسته هوای مرکزی به تدریج افزایش یافته و در فصل مشترک (هسته هوا با سیال) مجددا کاهش می‌یابد. مقدار سرعت مماسی سیال در بخش‌های مختلف هیدروسیکلون از m/s 59/1- تا m/s 52/6 متغیر است. سرعت محوری سیال داخل هیدروسیکلون در نتیجه دو جریان چرخشی یکی جریان رو به بالای سیال در هسته هوای مرکزی و دیگری جریان رو به پایین سیال در نزدیکی جداره است. محدوده تغییرات سرعت محوری سیال در بخش‌های مختلف هیدروسیکلون از m/s 58/5- تا m/s 46/5 است. در مقایسه مدل‌‌های توربولنس مختلف، مدل شبیهسازی گردابه بزرگ (LES) دارای کمترین خطای نسبی در پیش‌بینی پروفیلهای سرعت، قطر هسته هوای مرکزی (8/7 %)، اختلاف فشار داخل هیدروسیکلون (52/7 %) و همچنین توزیع جرمی جریان‌های سرریز و ته‌ریز (18/0 %) است. اثر پارامترهای مختلف هندسی (قطر دهانه ته‌ریز، قطر دهانه سرریز و زاویه بخش مخروطی) و عملیاتی (دبی جرمی جریان ورودی) بر پروفیل سرعت مماسی سیال مورد بررسی قرار گرفت.