شبیه سازی عددی اثرات سرعت و هندسه ورودی بر هیدرودینامیک جریان آشفته گاز-جامد در یک رآکتور بستر سیالی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 1، دوره 37، شماره 1 - شماره پیاپی 39، فروردین 1404، صفحه 1-16   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2024.87722.1250

نویسندگان

مرتضی رحمانپور^* ؛ سینا شناور؛ امیر سرورالدین آبادی

دانشکده مکانیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز.

چکیده

در این مقاله جریان دوفازی آشفته جامد-گاز در یک بستر سیالی بررسی و حل عددی شده است. به‌منظور مطالعه اثر فوق یک رآکتور با شکل و هندسه‌های مختلف در نظر گرفته شده و اثر پارامترهای شکل رآکتور بر میزان انبساط حجمی بستر جامد بررسی شده است. راکتور بستر سیال یکی از انواع راکتور است کـه مـی‌توانـد برای انجام واکنش‌های شیمیایی چند فازی همچنین در زمینه تولید بنزین و دیگر سـوخت‌هـا، بسـیاری از پلیمرهـا مانند لاستیک، کلرید وینیل، پلی‌اتیلن و استایرن، واحدهای انرژی هسته‌ای، سوزاندن زغـال سـنگ، واحـد تصـفیه آب، فرآیند کراکینگ کاتالیستی و همچنین بعنوان خشک کن به کار ‌رود. در بستر سیال شیب‌دار، سرعت سیال افزایش می‌یابد که باعث افزایش بازیابی محصول و حذف محصول خشک شده از بستر می‌شود. سرعت فازها و ذرات درون بستر نیز افزایش می‌یابد و تغییرات در پروفیل سرعت جامد را نشان می‌دهد. افزایش قطر ستون، سرعت جامد محوری را کاهش می‌دهد و اندازه ذرات کوچکتر دارای تخلیه بیشتری است. افزایش ارتفاع بستر، فشار استاتیک را کاهش، فشار اصطکاکی را افزایش می‌دهد. برای این منظور دینامیک سیالات محاسباتی به‌عنوان ابزاری مفید و محتمل ترین روش برای پیش‌بینی صحیح و بهینه‌سازی قرار می‌گیرد. در تحقیق حاضر نیز بـه دلیـل هزینه‌بر بودن روش تجربی و کمبود تجهیزات به حل عددی اکتفا شده است.

کلیدواژه‌ها

جریان های چند فازی؛ گاز- جامد؛ راکتور بستر سیالی؛ جریان آشفته؛ خشک کن های گازی

مراجع

[1] H. Cui, J Grace, "Fluidization of biomass particles a review of experimental multiphase flow aspects", Chemical Engineering Science, Vol. 62, No. 1-2, Pp. 45-55, (2007). https://doi.org/10.1016/j.ces.2006.08.006.

[2] R.K. Mishra, K Mohanty, "Pyrolysis characteristics and kinetic parameters assessment of three waste biomass", Renewable and Sustainable Energy, Vol. 10, No. 1, P. 013102, (2018). https://doi.org/10.1063/1.5000879.

[3] T. Rao, J. Bheemarasetti, "Minimum fluidization velocities of mixtures of biomass and sands", Energy, Vol. 26, No. 6, Pp. 633-644, (2001). https://doi.org/10.1016/S0360-5442(01)00014-7.

[4] F.J Arias, "Film boiling in presence of a magnetic field in liquid metals within framework of Taylor–Helmholtz instabilities in application to fusion reactor project", Fusion Energy, Vol. 29, No. 2, Pp. 157-160, (2009). https://doi.org/10.1007/s10894-009-9249-3.

[5] F.J. Arias, "Heat and mass transfer in transitional boiling on liquid metal in presence of magnetic field", Fusion Energy, Vol. 29, No. 3, Pp. 244-250, (2010). https://doi.org/10.1007/s10894-009-9268-0.

[6] G. Hengjun, Y. Peiyi, "Dual-dense gas-solid circulating fluidized bed reactor", Fuel, Vol. 337, p. 126872, (2023). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.126872.

[7] A. Fluent, "ANSYS FLUENT Theory Guide", V14.5, (Nov. 2012).

[8] D. Kunii, O. Levenspiel, Fluidization Engineering 2nd ed. Butterworth-Heinemann, (1991).

[9] N. Mostoufi, J. Chaouki, "Local solid mixing in gas-solid fluidized beds", Powder Technol, Vol. 114, No. 1-3, Pp. 23-31, (2001). https://doi.org/10.1016/S0032-5910(00)00258-8.

[10] A. Bakker, Fluent introductory notes. Fluent Inc, Lebanon, (2002).

[11] J.D Anderson, Computational fluid dynamics, McGraw Hill, (1995).

[12] D. Shubhankar, N. Harjeet, Ch. Vishal, "CFD modeling of a typical fluidized bed column", Materials Today, Vol. 46, No. 14, Pp. 6178-6184, (2021). https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.04.079.