با عنوان : ساخت مدل آزمایشگاهی و مدلسازی دینامیک سیالات محاسباتی اختلاط در ظروف بهم زن چند پروانه ای

در ادامه مطلب می توانید تکه هایی از ابتدای این پایان نامه را بخوانید

و در صورت نیاز به متن کامل آن می توانید از لینک پرداخت و دانلود آنی برای خرید این پایان نامه اقدام نمائید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – مهندسی فرآیند

عنوان:

ساخت مدل آزمایشگاهی و مدل سازی دینامیک سیالات محاسباتی اختلاط در ظروف بهم زن چند پروانه ای

برای رعایت حریم خصوصی اسامی استاد راهنما،استاد مشاور و نگارنده درج نمی گردد

تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

چکیده

در این پژوهش اختلاط در یک راکتور صنعتی چند پروانه ای مجهز به سه پروانه دریایی با بهره گیری از تکنیک مدلسازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) مطالعه شده می باشد.

هدف اصلی شناسایی علت عدم اختلاط مناسب با در نظر داشتن وجود فضاهای مرده در ظرف اختلاط مورد نظر می باشد و سپس با در نظر داشتن اهمیت موضوع اختلاط در این راکتور، با پیشنهاد نصب یک پروانه راشتن (علاوه بر سه پروانه دریایی) کوشش در بهینه کردن عملیات اختلاط شده می باشد.

در این پژوهش نمونه آزمایشگاهی ظرف اختلاط مجهز به سه پروانه دریایی ساخته شده و کوشش شده می باشد که تست هایی شبیه به فرآیند واقعی بر روی آن انجام گردد.

بعد از انجام آزمایشات بر روی ظرف اختلاط مجهز به سه پروانه دریایی، نمونه آزمایشگاهی پروانه راشتن نیز ساخته شده و با نصب این پروانه بر روی شفت همزن (دقیقا وسط دو پروانه دریایی انتهایی شفت) و مجهز کردن همزن به این پروانه آزمایشات مرحله قبل با همان شرایط بر روی این مدل نیز انجام شده نتایج حاصل از این آزمایشات به صورت مقایسه ای در فصل سوم (به صورت تصویری) ارائه شده می باشد.

برای شناسایی علت عدم اختلاط مناسب در مخزن اختلاط مجهز به سه پروانه دریایی، و همچنین مطالعه نحوه اختلاط در تانک مجهز به سه پروانه دریایی و یک پروانه راشتن، نیاز به مطالعه الگوی جریان ایجاد شده توسط پروانه های این دو سیستم اختلاط می باشد که این کار با بهره گیری از مدلسازی CFD و مطالعه نحوه حرکت سیال در ظروف مورد نظر انجام گرفته می باشد. با بهره گیری از نتایج CFD به خوبی نحوه اختلاط در دو راکتور مورد تحلیل قرار گرفته و در نهایت مقایسه ای بین این دو سیستم صورت گرفته می باشد.

خاطر نشان می گردد که برای نشان دادن ته نشینی مواد (خصوصا سیترات کلسیم) در اطراف دیواره و بافل های مخزن از یک واکنش مجازی بهره گرفته شده می باشد و در قسمت حل ناپایدار تمرکز بر روی غلظت های محصول این واکنش می باشد.

مقدمه

اختلاط به معنای مخلوط شدن مواد مختلف جهت به دست آوردن خواص فیزیکی یکسان در مجموعه سیال جهت انجام فرآیندهای بعدی بر روی آن می باشد. اختلاط در فرآیندهای صنعتی و عملیات مربوط به آنها تأثیر عمده ای را دارا می باشد و در کل برای دستیابی به یک مخلوط همگن انجام می شود. این عملیات می تواند توسط همزن های مکانیکی (پروانه) و یا جت های سیال انجام می شود. متداول ترین روش برای اقدام اختلاط در صنعت بهره گیری از پروانه های هم زننده می باشد که در این روش مخلوط کردن به وسیله چرخش مداوم و سریع پروانه در داخل سیال انجام می شود.

جریان سیال در ظرف اختلاط در اثر چرخش پروانه ایجاد می گردد و این چرخش پروانه بر حرکت سیال درون تانک تأثیر گذاشته و سبب تغییر الگوی جریان در مکان های مختلف درون ظرف گشته و سرانجام این تغییر در اثر وجود دیواره های ساکن ظرف و بافل ها تکمیل می گردد.

در صنایع شیمیایی، نفت و پتروشیمی اختلاط یک فرآیند بسیار مهم در خیلی از کارخانجات می باشد و می تواند برای اهداف بسیاری مثل همگن سازی خواص فیزیکی و ترکیبات، جلوگیری از لایه لایه شدن و ته نشینی ذرات معلق برای بهبود نرخ انتقال حرارت، انتقال جرم، سرعت واکنش های شیمیایی و غیره به کار برده گردد. مانند مثال های عملیات اختلاط می توان به امتزاج دو مایع یا کمک به انحلال جامد در مایع، استخراج جامد – مایع، جذب گاز، کریستالیزاسیون و استخراج مایع – مایع تصریح نمود.

از آنجا که در صنعت همواره نمی توان به یک مخلوط همگن رسید، بحث اختلاط پراهمیت و مطالعه آن قابل توجه می باشد.

فصل اول

مروری بر توسعه دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) در مدلسازی اختلاط

1-1) مقدمه

دینامیک سیالات محاسبات راه حل تئوری جهت مطالعه و پیش بینی عملکرد سیستم هایی می باشد که درگیر جریان سیال، انتقال انرژی و پدیده های مربوطه مانند احتراق و واکنش های شیمیایی می باشند. این محاسبات با شبیه سازی کامپیوتری همراه می باشند. کدهای دینامیک سیالات محاسباتی، معادلاتی پیوستگی جرم، انرژی و اندازه حرکت را روی یک دامنه که توسط کاربر مشخص می گردد، حل می نمایند.

اختلاط در تانک های بهم زن تاکنون به گونه گسترده ای مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. از این رو، در این فصل تاریخچه بهره گیری آن در شبیه سازی تانک های اختلاط بافل دار مورد توجه قرار گرفته می باشد. ضمنا در بخش آخر این فصل مروری بر معیارهای مورد بهره گیری جهت تحلیل نتایج به دست آمده از CFD و توصیف جریان صورت گرفته می باشد.

2-1) مطالعات تجربی صورت گرفته در زمینه اختلاط توسط پروانه

از دیدگاه حل عددی، یکی از مشخصه های اصلی تانک های بافل دار (و همچنین تانک هایی که وجود بهم زن در آنها باعث عدم تقارن می گردد؛ تانک هایی که همزن روی دیوار جانبی نصب می گردد) این می باشد که شکل دامنه جریان (شامل سطح مایع، دیوار تانک، همزن و شفت آن) با زمان تغییر می کند. این خصوصیت، تانک بهم زن را از اکثر راکتورهایی که در فرآیندهای صنعتی مهندسی شیمی بهره گیری می شوند جدا می نماید. اولین شبیه سازی های جریان آشفته داخل تانک های اختلاط بافل دار به صورت دوبعدی بودند. در این شبیه سازی ها اثرات همزن متحرک و بافل های ساکن به ترتیب به عنوان منابع و چاه های اندازه حرکت، در معادلات میانگین دایروی برای مولفه مماسی سرعت مقصود می گردیدند. منابع مناسب اندازه حرکت، به نوع همزن بستگی دارد که در معادلات میانگین دایروی مولفه های مماسی و شعاعی سرعت متوسط مقصود می گردند. الگوی جریان کلی به دست آمده از این شبیه سازی ها تطابق دلگرم کننده ای با داده های آزمایشگاهی نشان دادند و مقدمه خوبی برای بسط های بعدی CFD برای مدلسازی جریان داخل تانک های اختلاط محسوب می شوند. پیش از ظهور مدلسازی تانک های اختلاط بافل دار به وسیله CFD، به علت نیاز صنعت به توضیح دقیق تر هیدرودینامیک جریان نسبت به مدل ایده آل تانک های اختلاط بافل دار، مدل های دیگری ارائه گردید: مانند مدل های چرخش، مدل های نفوذ گردابه ای و مدل های شبکه مناطق.

در مدل های چرخشی، فرض اساسی این می باشد که اختلاط توسط جریان میانگین کنترل می گردد. مدل های نفوذ گردابه ای فرض می کنند که کل فرآیند اختلاط توسط نفوذ گردابه ای کنترل می گردد. دو مدل جدیدتر یعنی شبکه مناطق و محاسبات دینامیکی سیال، نسبت به مدل های دیگر بسیار دقیق ترند. علت اصلی این امر این می باشد که تأثیر سرعت مکانی سیال در این مدل ها مدنظر قرار می گیرد.

در مدل های شبکه مناطق با در نظر داشتن شکل هندسی ظرف، آغاز منطقه سیالی توسط یک شبکه دوبعدی به مناطق کوچک تقسیم می گردد. این شبکه دوبعدی به همراه یک سری حلقه های هم مرکز در پایین و یک سری حلقه در بالای پروانه، اساس شبکه سه بعدی را که با بسط این شبکه (با چرخش در جهت شعاعی / محوری) به دست می آید تشکیل می دهد. به بیانی دیگر الگوی جریان در داخل تانک، پیش فرض می گردد. در این مدل تبادل اغتشاش بین حلقه های مختلف به وسیله ضرایب B و B1 و B2 مدنظر قرار می گیرد. همچنان که اظهار گردید مدل شبکه مناطق قادر به محاسبه الگوی جریان در تانک اختلاط نمی باشد به این شکل که الگوی جریان سیال در نواحی گوناگون به صورت پیش فرض به این مدل داده می گردد و فقط معادلات موازنه جرم بین نواحی گوناگون نوشته و حل می گردد.

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

تعداد صفحه : 148

قیمت : شش هزار تومان

 

***

—-

پشتیبانی سایت :        ———-        serderehi@gmail.com