در این تحقیق به شبیه سازی CFD جریان آشفته دوفازی گاز- ذره درجداکننده مارپیچی پرداخته شده است. برای شبیه سازی جریان چندفازی از دیدگاه اولرین- اولرین استفاده گردیده است. برای اعتبار سنجی ضرایب اصطکاک حاصل از شبیه سازی با مقادیر تجربی مقایسه شده است. نتایج بدست آمده از اعتبارسنجی نشان می دهد که مدل تابع دیواره و مدل اغتشاش RNG k-e و RSM و همچنین روش حل آپویند مرتبه دوم مناسب ترین روش برای شبیه سازی دوفازی جریان گاز- ذره در کانال مارپیچ است. در نهایت اثر مقدار بار جامد در جریان گاز، اندازه ذرات و سرعت جریان بر راندمان جداکننده مارپیچی بررسی شده است و مشخص می گردد که با افزایش بار جامد بازدهی کاهش می یابد. شبیه سازی برای ذرات خیلی ریز تا 16 میکرون نشان می دهد که تا 6 میکرون اندازه ذره تاثیر زیادی بر بازدهی عملکرد دارد ولی برای ذرات با اندازه بزرگتر، بازدهی سیکلون نزدیک به 100% است. همچنین نتایج نشان می دهد سرعت 5 تا 10 متر بر ثانیه در ورودی سرعت، مناسب برای عملکرد سیکلون می باشد.

تمرکز اصلی این پژوهش برروی بررسی عملکرد جداسازدوفازی (مایع-گاز) آزمایشگاهی به صورت تجربی و همچنین، ارائه مدل شبیه سازی دقیق به منظور استفاده در طراحی جداسازهای صنعتی بوده است. به همین منظور، جداسازصنعتی دوفازی در ابعاد آزمایشگاهی با استفاده از روابط تجربی موجود طراحی گردید. در مدل های نیمه تجربی علاوه بر فرض های ساده شونده، تأثیر منحرف کننده ورودی جداساز بر فرآیند جداسازی نادیده گرفته شده و قطر قطرات فاز ثانویه یک مقدار ثابت تعیین شده می باشد که تمامی قطرات مایع در بالاترین نقطه جداساز قرار دارند و از آن نقطه به طرف سطح مایع سقوط می کنند. همچنین، مفاهیم مربوط به جریان آشفته در این روش ها مد نظر گرفته نشده است. در این پژوهش، چرخه جریانیدوفازی در ابعاد آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد. در چرخه جریانی ساخته شده، آب به عنوان سیال مایع و هوا به عنوان سیال گاز مورد استفاده قرار گرفتند. سیال آب و هوا در نقطه اختلاط که یک مخلوط کننده استاتیک می باشد، تشکیل جریان دوفازی داده و پس از طی مسافتی معادل با 160 برابر قطر خط لوله، جریان توسعه یافته تشکیل شده و وارد جداساز می شود. دبی آب در بازه m3/h 5/0-2 و دبی گاز در بازه m3/hا0-100 در نظر گرفته شد. به منظور بررسی عملکرد جداساز دوفازی، از فیلتر μ 20 در خروجی گازجداسازاستفاده شد وکسرحجمی قطرات آب باقی مانده در جریان گاز خروجی اندازه گیری شد. همچنین با استفاده از سیستم عکس برداری، قطر قطره های آب به دام افتاده در فیلتر اندازه گیری شد. نتایج شبیه سازی CFD جداساز دوفازی با نتایج تجربی به دست آمده اعتبارسنجی شدند و بهترین مدل شبیه سازی چندفازی، مدل اغتشاش و ضرایب تخفیف برای فرآیند شبیه سازی CFD جداساز دوفازی تعیین شدند. از مهم ترین دستاوردهای این پژوهش فراهم نمودن بستر لازم جهت طراحی جداساز دوفازی گاز-مایع در ابعادصنعتی با توجه به شرایط تولید و تأثیر هریک از اجزای داخلی جداساز می باشد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

یک مدل سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی از پیل سوختی اکسید جامد پایه آندی در این تحقیق ارائه شده است. این مدل در بردارنده پدیده های مهم انتقال در پیل سوختی از قبیل انتقال حرارت، انتقال جرم، سینتیک الکترود و میدان پتانسیل است. نتایج شبیه سازی مدل با داده های آزمایشگاهی موجود در منابع در شرایط مشابه مقایسه شد و تطابق خوبی را نیز نشان داد. در این مدل تاثیر پارامترهای مختلف از جمله دما، فشار، استوکیومتری و ضخامت الکترولیت بر روی عملکرد پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده از این مدل توزیع گونه ها اعم از واکنشگرها و محصولات، توزیع دما، توزیع پتانسیل و توزیع چگالی جریان موضعی را به خوبی مشخص می کند. نتایج نشان داد دما، فشار و استوکیومتری آند تاثیر به سزایی بر عملکرد پیل می گذارند به نحوی که افزایش هر کدام از پارامترها به بهبود عملکرد پیل سوختی کمک می کند ازسوی دیگر افزایش ضخامت الکترولیت می تواند اثرات نامطلوبی را بر عملکرد پیل سوختی بگذارد.

با توجه به کاربرد سانتریفیوژها برای حذف آلاینده های گازی، دانش و شناخت دقیقی از رفتار جریان درون یک سانتریفیوژ، اهمیت و ضرورت زیادی برای طراحی و بهینه سازی عملکرد آن دارد. در این پژوهش، هیدرودینامیک و انتقال گرمای سانتریفیوژ گازی در حالت ناپایا، سه بعدی و با فرض تراکم پذیری سیال با استفاده از روش CFD شبیه سازی شده است. با توجه به چرخش دیواره خارجی سانتریفیوژ با سرعت بالا، دیدگاه چند قاب مرجع چرخان (MRF) با به کارگیری مدل درهمی RNG k-e و RSM در مدل محاسباتی استفاده شده است. نتیجه های به دست آمده از مدل محاسباتی شامل توزیع فشار، سرعت، دما و الگوی جریانی حرکت سیال در سانتریفیوژ گازی می باشد. مقایسه نتیجه های به دست آمده از شبیه سازی CFD با استفاده از دو مدل اغتشاش RNG k-eو RSM نشان می دهد که اختلاف ناچیزی بین سرعت و فشار شعاعی سیال وجود دارد بنابراین با توجه به هزینه محاسباتی بالای مدل درهمی RSM، مدل درهمی RNG k-e برای بررسی ویژگی های جریان درهم در سانتریفیوژ گازی مناسب می باشد. نتیجه های به دست آمده از مدل محاسباتی نشان می دهد که چرخش سیال در سانتریفیوژ، جریان خوراک ورودی و همچنین وجود مجراهای خروج جریان از بالا و پایین، ساختار جریان و حرکت محوری سیال در سانتریفیوژ گازی را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند.