شبیه سازی جریان در هیدروسیکلون تک فازی با دینامیک سیالات محاسباتی

Abstract

هیدروسیکلون¬ها موثرترین تجهیزات مورد استفاده به منظور طبقه¬بندی ذرات در مدارهای خردایش می¬باشند. شبیه-سازی هیدروسیکلون¬ها معمولاً به کمک مدل¬های آماری انجام می¬پذیرد. مهم¬ترین محدودیت مدل¬های تجربی، وابستگی آن¬ها به پارامترهای سیستم و در نتیجه عدم جامعیت آن¬ها است. دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) یک ابزار قدرتمند به منظور مدلسازی جریان سیال در سیستم¬های مختلف است. هدف از انجام پژوهش حاضر، شبیه¬سازی و مدلسازی سه-بعدی جریان مواد در داخل یک هیدروسیکلون در محیط تک فازی (آب) به روش CFD است. مراحل مختلف فرایند شبیه¬سازی شامل طراحی هندسه سیستم، شبکه¬بندی، تعیین خصوصیات جریان، تعیین شرایط اولیه و مرزی، انتخاب مدل توربولنس، تعیین پارامترهای عددی، حل مسئله و در نهایت اعتبارسنجی نتایج حاصل می¬باشند. به منظور اعتبارسنجی نتایج شبیه¬سازی، از داده¬های اندازه¬گیری مستقیم پروفیل¬های سرعت در یک هیدروسیکلون آزمایشگاهی استفاده شد. نتایج شبیه¬سازی نشان داد که سرعت مماسی سیال داخل هیدروسیکلون از جداره به سمت هسته هوای مرکزی به تدریج افزایش یافته و در فصل مشترک (هسته هوا با سیال) مجدداً کاهش می¬یابد. مقدار سرعت مماسی سیال در بخش¬های مختلف هیدروسیکلون از m/s 59/1- تا m/s 52/6 متغیر است. سرعت محوری سیال داخل هیدروسیکلون در نتیجه دو جریان چرخشی یکی جریان رو به بالای سیال در هسته هوای مرکزی و دیگری جریان رو به پایین سیال در نزدیکی جداره است. محدوده تغییرات سرعت محوری سیال در بخش¬های مختلف هیدروسیکلون از m/s 58/5- تا m/s 46/5 است. در مقایسه مدل¬¬های توربولنس مختلف، مدل LES قادر به پیش¬بینی دقیق¬تر پروفیلهای سرعت، قطر هسته هوای مرکزی، اختلاف فشار داخل هیدروسیکلون و همچنین توزیع جرمی جریان¬های سرریز و ته¬ریز است.