پایان نامه با کلید واژگان
شبیه سازی، اندازه گیری، مدلسازی No category

فصل 6 مدلسازی جریان حبابی گاز – مایع افقی با استفاده از روش موازنه جمعیتی 91
6.1.مقدمه 91
6.2.جزئیات عددی 93
6.3.نتایج و بحث 96
6.3.1.کسر خالی متوسط زمانی گاز 96
6.3.2.غلظت ناحیه بین سطحی متوسط زمانی(IAC) 98
6.3.3.سرعت متوسط زمانی گاز 99
6.4.نتیجه گیری 99
فصل 7 مدلسازی جریان حبابی عمودی گاز – مایع با استفاده از روش ربع مستقیم گشتاورها(DQMOM)) 102
7.1. مقدمه و فرمولاسیون ریاضی 102
7.2. مدلهای ریاضی 105
7.2.1. مدلهای DQMOM 105
7.2.2. جملات چشمه ای مدلهای DQMOM 107
7.3. توصیف تنظیمات آزمایش 108
7.3.1. توصیف تنظیمات آزمایش های MTLOOP و TOPFLOW 109
7.3.2. رشد اندازه مختلف حباب ایجاد شده با روشهای تزریق مختلف 110
7.4. جزئیات عددی 111
7.5. بحث 112
7.5.1. توزیع کسر خالی حباب 113
7.5.2. توزیع اندازه حباب 116
7.6. نتیجه گیری 118
فصل 8 نتیجه گیری 120
8.1. بررسی عددی تاثیر نیروی بین سطحی روی جریان حبابی 120
8.2. مدلسازی جریان افقی گاز – مایع با استفاده از ABND براساس روش موازنه جمعیتی 121
8.3. مدلسازی جریان حبابی گاز – مایع عمودی با استفاده از روش ربع مستقیم گشتاورها(DQMOM)) 122
8.4. توصیه های توسعه CFD و تحقیقات آینده در جریان دو فازی 122
فهرست شکلها
شکل 1-1. فرم گسسته شده معادلات پایستگی 13
شکل 2-1. رژیم های جریان چندفازی. 18
شکل 1-3. الگوهای جریان جریان دو فازی هوا-آب در لوله عمودی 33
شکل 2-3. نقشه رژیم جریان برای جریان دو فازی هوا-آب در لوله عمودی ارائه شده توسط میشما و ایشی(1984) 41
شکل 3-3. الگوهای جریان دوفازی ها-آب در لوله افقی 36
شکل 4-3. نقشه رژیم جریانی دو فازی هوا-آب در لوله افقی ارائه شده توسط تایتل و دوکلر(1976). 38
شکل 5-3. مشخصات جریان حبابی در جریان حبابی همدما 40
شکل 6-3. نمونه ای از مختصات داخلی و خارجی موازنه جمعیتی برای جریانهای گاز – مایع 43
شکل 7-3. بیان گرافیکی روشهای کلاس (CM) 45
شکل 8-3. بیان گرافیکی روش ربعی گشتاورها(QMOM). 46
شکل 9-3. بیان شماتیک مکانیزم های پیوستگی و شکستگی حباب ها 48
شکل 1-5. خط جریانی سرعت مایع اطراف حباب منفرد و تعداد حباب ها 72
شکل 2-5. جزئیات هندسی آزمایش هیبیکی و همکاران(2001) 78
شکل 3-5. نقشه رژیم جریانی و انتقال شرایط جریانی مطالعه شده در کار حاضر(چنگ و همکاران 2007). 79
شکل 4-5. توزیع مش مدل محاسباتی:آزمایش هیبیکی و همکاران(2001) 81
شکل 5-5. توزیع کسر خالی پیش بینی شعاعی و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) 82
شکل 6-5. توزیع قطر متوسط حباب پیش بینی شده و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) 85
شکل 7-5. پروفایل سرعت شعاعی گاز پیش بینی شده و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) 87
شکل 8-5. درصد خطای سرعت گاز متوسط زمانی در مقایسه با داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001). 89
شکل 1-6. حرکت های حباب شماتیک ساده در جریان لوله افقی : ترکیب نیروهای محوری و شعاعی ، حباب ها نه عمودی حرکت می کنند و نه افقی 92
شکل 2-6(a) جزئیات هندسی آزمایش کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) و (b) توزیع مش مدل محاسباتی سطح مقطع 94
شکل 3-6. توزیع کسرخالی گاز متوسط زمانی پیش بینی شده و داده های آزمایشگاهی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253 95
شکل 4-6. توزیع غلظت بین سطحی متوسط زمانی پیش بینی شده و داده های تجربی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253. 97
شکل 5-6. توزیع سرعت گاز پیش بینی شده و داده های تجربی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253. 98
شکل 1-7. بیان شماتیک آزمایش MTLOOP 108
شکل 2-7. بیان شماتیک آزمایش TOPFLOW 110
شکل 3-7. توزیع کسر خالی شعاعی پیش بینی شده و داده های آزمایشگاهی MTLOOP که توسط لوکاس و همکاران(2005) اندازه گیری شده است. 113
شکل 4-7. توزیع کسر خالی شعاعی پیش بینی شده و داده های تجربی TOPFLOW که توسط پراسر و همکاران(2007) اندازه گیری شده است. 114
شکل 5-7. توزیع اندازه حباب پیش بینی شده و داده های تجربی MTLOOP که توسط لوکاس و همکاران(2005) اندازه گیری شده است. 115
شکل 6-7. توزیع اندازه حباب پیش بینی شده و داده های تجربی TOPFLOW که توسط پراسر و همکاران(2007) اندازه گیری شده است. 117
فهرست جداول
جدول 1-1.مقایسه های روش های حل معادلات مکانیک سیالات 6
جدول 2-1.مثال های جریان های سیستم های چندفازی 19
جدول 1-4. سناریوهای جریان و جزئیات شرایط مرزی ورودی در شبیه سازی آزمایش هیبیکی و همکاران(2001) 80
جدول 1-5. سناریوهای جریان و جزئیات شرایط مرزی ورودی در شبیه سازی آزمایش کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) 93
جدول 1-6. اطلاعات شرایط جریان ورودی اعمال شده در شبیه سازی آزمایش MTLOOP و TOPFLOW 112
فهرست نمودارها
نمودار 1-1.مراحل کاری یک برنامه CFD دریک نگاه 9
نمودار 2-1.روش Segregated 14
نمودار 3-1. روش Coupled 15
فهرست علایم و اختصارات
A
مساحت سطح مقطع
C_D
ضرایب دراگ
C_L
ضریب بلند کردن
C_TD
ضریب پراکندگی آشفتگی
C_RC
ضریب برخورد تصادفی
C_TI
ضرایب تاثیر آشفتگی
d_H
بیشینه اندازه افقی حباب ها
D_s
قطر متوسط حباب
D_B, D_C
نرخ اتلاف جرم به دلیل شکست و پیوستن
E_O
عدد ایتوس
E_dg
عدد اصلاح شده ایتوس
F
توزیع اندازه حباب
F_i
نیروی کلی بین سطحی
F_(1→g)^drag
نیروی دراگ
F_(l→g)^lift
نیروی بلند کردن
F_(l→g)^lubrication
نیروی لیزاندن دیواره
F_(l→g)^dispersion
نیروی پراکندگی آشفتگی
g
شتاب گرانشی
h
ضخامت فیلم
m
گشتاور
n
عدد چگالی متوسط فاز گاز
P_B,P_C
نرخ تولید جرم به دلیل شکستگی و پیوستن
نمادهای یونانی
α
کسر حجمی
α_max
بیشینه مجاز کسر حجمی
ε
اتلاف انرژی جنبشی آشفتگی
ρ
چگالی
σ
تنش سطحی
ΦnRC
نرخ تغییر عدد چگالی حباب به دلیل برخورد تصادفی
ΦnTI
نرخ تغییر عدد چگالی به دلیل تاثیر گردابه های آشفتگی
ζ
طول
ω
وزن
ψ
فرکانس پیوستن
Ω
فرکانس شکست
η
فرکانس برخورد
ι
بازده پیوستن
ζ
پارامتر اساسی در PBE
ν
ویسکوزیته
زیرنویس ها
g
فاز گاز
gl
انتقال کمیت ها از فاز مایع به فاز گاز
i
کلاس اندازه حباب
j
گروه سرعت
l
مایع
lg
انتقال کمیت ها از فاز گاز به فاز مایع
g
فاز گاز
gl
انتقال کمیت ها از فاز مایع به فاز گاز
i
کلاس اندازه حباب
j
گروه سرعت
l
مایع
چکیده:
کلمات کلیدی : دینامیک سیالات محاسباتی ، حباب ، پیوستگی و شکست ، راکتورهای بستر شناور ، سیستم های چند فازی ،جریان های عمودی وافقی ، PBM ،DQMOM ،
اخیراً راکتورهای بستر شناور گاز ـ مایع به خاطر کاربرد گسترده آنها در فرآیندهای شیمیایی، پتروشیمی و فرآیندهای زیست محیطی ، مورد توجه قرار گرفته اند .از طرفی با پیشرفت های صورت گرفته، در روش‌های محاسبــاتی و علم کامپیوتر، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به یک روش جدید دارای پتانسیل بسیار زیادی برای درک اثر دینامیک سیالات در عملکرد راکتورهای شیمیایی تبدیل شده است . در این نوع راکتورها نقش حباب ها در فرآیندهای چند فازی ناشی از شکست و برخورد حباب ها ، اهمیت این مطالعه را توجیه می کند .
در میان مدلهای مختلف عددی برای جریان دو فازی، مدل دو سیالی که دو فاز را با استفاده از دو مجموعه از معادلات انتقالی ردیابی می کند، از مناسب ترین مدلها هستند. در مطالعه حاضر، توانایی مدل دو فازی و اصطلاحات بسته برای شبیه سازی شرایط جریان حبابی عمودی و افقی بررسی شده است. همچنین از یک مدل تعادلی برای ردیابی مکانیزم های برخوردی بین حباب ها / حباب ها و حباب ها/گردابه ها اتخاذ شده است.
همچنین در این مطالعه، عملکرد رابطه تجربی ضریب کشش ارائه شده توسط سیمونت و همکاران (2007) بررسی شده است. این مدل با مدل ذرات سیال توزیع شده ارائه شده توسط ایشی- زوبر که به طور گسترده در بسته های نرم افزار تجاری استفاده شده است، مقایسه شده است. همچنین از سه متغیر شامل کسر خالی گاز، قطر متوسط حباب و سرعت گاز برای ارزیابی مدل با داده های تجربی هیبیکی و همکاران (2001) انتخاب شده است.
مدل تعادلی جمعیتی (PBM) نقش مهمی در ارائه اطلاعات با توجه به توزیع اندازه حباب ها ایفا می کند. قبلا، روش کلاس ارائه شده توسط مدل (MUSIG) به عنوان یکی از روشهای مطلوب برای بررسی معادله تعادل جمعیتی (PBM) با گسسته کردن محدوده اندازه های پیوسته به دنباله های از کلاسهای اندازه گسسته در نظر گرفته می شود. در مقایسه با مدل MUSIG، مزیت عمده روش(DQMOM) این است که تعداد گشتاورهایی که باید حل شود، در کل کم است. در این پایان نامه، مدل DQMOM توسعه داده شده و در نرم افزار ANSYS FLUENT برای تطابق پیوستن و شکستگی حباب های گاز اجرا شده است. در آخرنتایج شبیه سازی با داده های تجربی MTLOOP و TOPFLOW تایید شده است.
مدل سازی توزیع حباب ها در سیستم بستر شناور گاز- مایع به روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)
فصل اول
کلیـات
فصل اول : کلیات
مقدمه
هر چند که در اوایل توسعه علم، ریاضی‌دانان به جای پیشگویی به دنبال یافتن روابط حاکم بر عملکرد سیستم‌های موجود بودند اما امروزه با پیشرفت‌های انجام شده، نسبت به دانشمندان علوم تجربی پیش‌قدم هستند. دانشمندان علوم تجربی گرچه با حل ریاضی پدیده‌ها آشنا هستند ولی برای آزمایش‌های خود با مشکلات زیادی مواجه می باشند. مهم‌ترین مسأله مربوط به دینامیک سیالات از نظر ریاضی مدت هاست حل نشده و آن‌هایی که حل شده‌اند نیز با مشکلات زمان زیاد برای انجام عملیات ریاضی مواجه هستند. با توسعه رایانه ها روز به روز این مشکل آسان و آسان تر می شود. و اینک پیچیده‌ترین این مسائل که بحث‌های مهم انتقال حرارت و سیالات می باشند از طریق رایانه قابل حل است. امروز علم دینامیک سیالات محاسباتی به صورت یک ابزار پرقدرت و توانا برای تحلیل رفتار جریان سیال و انتقال حرارت در سیستم‌های با هندسه پیچیده و معادلات حاکم پیچیده برای محققین و مهندسین درآمده است. پیچیدگی معادلات حاکم بر مسأله، تأثیر متقابل پدیده‌های فیزیکی مختلف، گذرا بودن اغلب مسائل مهندسی، بالا بودن هزینه های مربوط به تجهیزات آزمایشگاهی و محدودیت استفاده از دستگاه‌های اندازه‌گیری در بسیاری از مسائل علمی‌، از جمله دلایلی می باشد که استفاده از روش‌های تحلیلی و آزمایشگاهی را در مقایسه با روش‌های عددی محدود می‌کند. اگرچه مدل‌سازی راکتور تعیین پارامترهای هیدرودینامیکی آن امری ضروری به نظر می‌رسد. هیدرودینامیک این راکتورها به شدت متأثر از مقیاس عملکرد آن‌ها می باشد. (به دلیل کاربردهای وسیع این راکتورها در صنعت، تلاشهای زیادی جهت ارائه یک روش قابل اطمینان برای افزایش مقیاس صورت گرفته است.) در گذشته محققین جهت دستیابی به هیدرودینامیک این راکتورها به تجارب آزمایشگاهی می‌پرداختند. نتایج حاصل از این آزمایش‌ها لزوماً در مقیاس‌های بزرگ صحت نداشتند و لذا به عنوان قوانین افزایش مقیاس قابل کاربرد نبودند. به طور مثال تأثیرات دیواره‌ای یک راکتور کوچک بر حرکت، تشکیل و شکستن حباب‌ها مشخص است. همچنین واضح است که این تأثیر در راکتورهای بزرگ‌تر متفاوت می باشد. لکن میزان و چگونگی این تفاوت‌ها معلوم نیست و لذا بهترین راه دست‌یابی به هیدرودینامیک قطرهای بزرگ انجام آزمایش در راکتورهایی با همان قطر است که البته بسیار هزینه ‌بر می‌باشد که به

دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید