شبیه سازی جریان چند فازی در فلوئنت

شبیه سازی جریان چند فازی در فلوئنت: (بخش اول شامل نحوه تعریف فاز و رژیم های مختلف جریان های چند فازی)

در این مبحث به بررسی شبیه سازی جریان چند فازی در فلوئنت می‌پردازیم. جریان های چند فازی بسیاری در صنعت و طبیعت وجود دارد که جهت شبیه سازی و بررسی رفتار آن ها نخست باید دانست که مفهوم فاز در دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) با مفهوم آن در زندگی روزمره متفاوت است، برای مثال ممکن است هوایی که در یک شبیه سازی تعریف شده است خود به چندین فاز تقسیم شود در صورتیکه در شیمی به دلیل اینکه خواص فیزیکی و شیمیایی تمام نقاط هوا یکسان است آن را یک فاز در نظر می‌گیرند. در صورتیکه در دینامیک سیالات عددی (Computational Fluid Dynamics) بخشی از میدان را که اینرسی خاص و برهم کنش های مختص خود را با میدان جریان دارد یک فاز تعریف می‌شود.

برای درک بهتر شبیه سازی جریان چند فازی در فلوئنت به این مثال توجه کنید: در شبیه سازی توربین چرخ آبی که در رودخانه به کار می‌رود مطابق شکل زیر 4 فاز تعریف می‌شود:

شبیه سازی جریان چند فازی در فلوئنت

تصویر زوم شده از اطراف توربین تصویر فوق:

شبیه سازی جریان چند فازی در فلوئنت

همچنین ذرات با سایزهای مختلف از یک متریال، به عنوان یک فاز جداگانه شناخته می شوند زیرا پاسخ دینامیکی هر یک بر میدان جریان متمایز از دیگری است.

رژیم های مختلف جریان چند فازی:

رژیم های جریان چند فازی به چهار بخش زیر تقسیم می‌شوند که انتخاب مدل مناسب جهت شبیه سازی جریان مستلزم شناخت دقیق رژیم جریان است:

  1. جریان گاز-مایع یا مایع-مایع(gas-liquid or liquid-liquid flows)، شامل جریان های زیر:
  • جریان حبابی bubbly flow:

در جریان حبابی، گاز یا فاز بخار  و یا فاز مایع در داخل فاز مایع پیوسته به صورت حباب پراکنده شده است. در یک قسمت از لوله حباب‌ها ممکن است بسیار کوچک و کروی باشند و در قسمت دیگر بزرگ و کشیده (سر کروی و دم تخت) باشند. این حالت زمانی اتفاق می‌افتد که دبی فاز گاز یا مایع نسبت به فاز مایع پیوسته خیلی کم باشد.

  • جریان قطره ای droplet flow:

این جریان شامل حرکت قطره های مختلف فاز مایع در یک فاز گازی پیوسته است.

  • جریان لخته ‌ای Slug flow

جریانی از حباب های بزرگ در یک سیال پیوسته، برای مثال در جریان حبابی با افزایش سرعت فاز گاز تعداد حباب ها افزایش یافته و از برخورد و بهم پیوستن آنها با یکدیگر چند گنبد چتری شکل گازی بوجود می آید که در قسمت هایی از لوله تمام سطح مقطع لوله را اشغال می کنند. در عمل این نوع جریان بصورت منقطع از فازهای مایع و گاز دارای افت فشار زیاد و همچنین از نظر فرآیندی با ایجاد سروصدا های ناهنجار و آسیب دیدگی تجهیزات همراه است.

  • جریان لایه لایه Stratified/free-surface flow:

جریان سیال های مخلوط نشدنی (immiscible) که سطح مشترک بین آن ها به وضوح قابل رویت است.

  1. جریان گاز-جامد (gas-solid flows)، شامل جریان های زیر:
  • جریان ذرات مملو particle -laden flow

جریان ذرات گسسته جامد در یک فاز گازی پیوسته

  • جریان انتقال پنیوماتیک pneumatic transport

الگوی جریان به فاکتورهای بارگذاری سالید (solid loading)، خواص ذرات (particle properties) و عدد رینولدز (Reynolds number) دارد.

  • جریان بستر سیال (fluidized bed):

شامل محفظه‌ای از ذرات جامد است که در داخل آن جریان گاز توسط یک توزیع‌کننده تزریق می‌شود . این گاز بالارونده از بستر ، منجر به معلق‌شدن ذرات می‌شود .

  1. جریان مایع-جامد (liquid-solid flows)، شامل جریان های زیر:
  • جریان دوغابی (slurry flow):

این جریان مربوط به انتقال ذرات جامد در مایع می‌شود. در جریان دوغابی معمولاً عدد استوک کوچکتر از یک است .

  • جریان Hydro transport:

مربوط به ذرات جامد متراکم در یک سیال پیوسته می‌باشد .

  • رسوب‌گذاری (Sedimentation):

یک ستون بلند که در ابتدا شامل مخلوط یکنواخت و پراکنده از ذرات می‌باشد راتوصیف می‌کند. در پایین ستون ذرات جامد ته نشین می‌شوند، در میانه آن ته نشینی در حال وقوع است و در بالای آن یک فصل مشترک واضح دیده می‌شود.

  1. جریان‌های سه فازی (Three Phase flows):

این جریان‌ها، ترکیبی از سایر رژیم‌ّهای مذکور می‌باشند.‌

حال که با شبیه سازی جریان چند فازی در فلوئنت آشنا شدید، در قسمت های بعد انواع مدل های جریان چند فازی و نحوه انتخاب مدل مناسب شرح داده می‌شود.

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *