آموزش شبیه سازی محفظه با خشک کننده اسپری

خشک کننده اسپری عملیات اصلی  برای ساخت بسیاری از محصولات به عنوان مثال : مواد شیمیایی ، سرامیک ، مواد غذایی ، دارو سازی و… استفاده می شود.

یکی از مشکلات  بزرگ طراحان و اپراتور های خشک کننده اسپری ، پیچدگی فرآیند مخلوط کردن اسپری در محفظه اسپری است.

که در این شبیه  سازی فاز گاز به صورت پیوسته از روش اویلر مدل سازی می شود و فاز قطره /ذره ، توسط مدل فاز گسسته (روش لاگرانژ) مدل سازی می شود.

در این آموزش سعی شده است تا پیش بینی الگوهای جریان هوا ، رطوبت و درجه حرارت در یک خشک کننده اسپری با استفاده از  نازل فشار در حالت های  پاشش قطره /پاشش ذره در محفظه ، توسط نرم افزار Ansys Fluent شبیه سازی گردد.

دستگاه اسپری درایر

دستگاه خشک کن پاششی جهت خشک کردن مایعات و تبدیل آن به پودرهای جامد خشک مورد استفاده قرار می­گیرد. ابتدا محلول تغذیه (دوغاب و خمیر و …..) از طریق یک مخزن و توسط یک پمپ به بخش اتمایزر منتقل می­شود؛ اتمایزر محلول را به صورت افشانه یا قطرات مایع در محفظه ­ی اصلی خشک ­کن می­پاشد. از طرفی دیگر، هوای داغ که به وسیله­ ی مشعل یا هیتر بخار افزایش دما یافته، توسط یک فن به داخل محفظه دمیده می­شود. در این مرحله، بین فاز مایع اسپری شده و هوای داغ تماس برقرار می­شود؛ به طوری که رطوبت موجود درون قطرات با سرعت بالا و در مدت زمان کوتاهی تبخیر می­گردد و ذرات خشک پودری شکل به همراه هوای گرم از محفظه خارج می­شوند. این خشک ­کن­ های پاششی در صنایع غذایی، دارویی، تولید سرامیک و ….. کاربردهای زیادی دارند و با استفاده از این خشک­ کن­ ها می­توان محصولات نهایی را به اندازه­ و میزان رطوبت مورد نظر به دست آورد. پودر حاصل پس از خروج از محفظه، توسط سیستم­ های جداساز مثل سیکلون و فیلتر کیسه­ای از هوای گرم جدا می­شود. شکل 1 شماتیکی از فرایند کلی سیستم­ های خشک­ کن پاششی را نشان می­دهد.

شکل 1 : شماتیکی از سیستم خشک­ کن پاششی

شرح مسأله

در این شبیه­ سازی، از دو نوع جریان پیوسته و گسسته استفاده شده است. درواقع، جریان هوای گرم که وظیفه ی تبخیر رطوبت موجود در محلول را دارد، به صورت جریان پیوسته و تحت دیدگاه اویلری وارد محفظه شده و درون آن جریان می­یابد؛ درحالی که نوعی محلول شامل آب و ذرات جامد به صورت گسسته و تحت دیدگاه لاگرانژی درون محفظه تزریق می­شوند. درواقع، هدف اصلی در این شبیه­ سازی، بررسی رفتار ذراتی می­باشد که به صورت گسسته درون یک جریان پیوسته جریان می­یابند.

برای حل این مسأله چند فرض لحاظ شده است:

• مسأله از نظر زمانی پایا می­باشد.
• اثر گرانش زمین در مدلسازی لحاظ شده است؛ به طوری که مقدار آن معادل 81 m.s^-2 می­باشد.
• جریان تراکم ­ناپذیر فرض شده است؛ بنابراین حل به­صورت pressure-based صورت گرفته است.

گام 1) تعریف هندسه

هندسه­ ی مدل حاضر به صورت سه بعدی و با استفاده از نرم­افزار design modeler انجام گرفته است. محفظه­ی خشک­ کن از دو بخش استوانه­ ای و مخروطی شکل تشکیل شده است. هوای گرم ورودی و محلول تغذیه از بخش بالای محفظه تزریق می­شوند و پودر حاصل از ناحیه­ ی انتهایی مخروطی شکل خارج می­شود. شکل 2 نمایی از هندسه­ ی ترسیمی را نشان می­دهد.

شکل 2 : نمایی از هندسه­ ی ترسیمی

گام 2) شبکه­ بندی

در مدلسازی حاضر، از مش بدون سازمان (unstracture) استفاده شده است. تعداد کل سلول­ های تولیدی برابر با 84047 می­باشد. در نواحی خروجی و ورودی­ های جریان از شبکه­ بندی دقیق­تری استفاده شده است. شکل 3 نمایی از شبکه ­بندی انجام گرفته را نشان می­ دهد.

شکل 3 : نمایی از شبکه­ بندی

گام 3) تعریف set up و حل مسأله

خلاصه ­ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول 1 آمده است :

جدول 1 : خلاصه مراحل شبیه­ سازی  و فرایند حل

مدل آشفته k-epsilon-standard : در مسأله­ ی حاضر، مدل k-epsilon-standard استفاده است. همچنین به دلیل استفاده از این مدل آشفتگی جریان، تابع دیواره نیز جهت بررسی رفتار سیال در نواحی نزدیک به دیواره ­ها برای مسأله­ ی کنونی تعریف می­شود. البته پس از پایان فرایند حل باید محدوده­ی y⁺را بررسی نمود که مناسب­ ترین محدوه­ ی آن در بازه­ی بین 30 الی 300 می­باشد.

مدل گونه­ ی انتقال : در این مدل، چند گونه ­ی گازی مختلف شامل بخار آب، اکسیژن و نیتروژن جریان دارد. فرض مسأله بر این است که جریان هوای گرم و خشک ورودی دارای مقدار بسیار کمی در حدود 0.009 درصد بخار آب می­باشد. همچنین همراه محلول تغذیه­ ی ورودی نیز مقداری هوای کاملاً مرطوب می­آید؛ به طوری که هوای ورودی همراه محلول فقط شامل بخار آب می­باشد. بنابراین، جریان هوای گرم ورودی علاوه بر دریافت رطوبت موجود در محلول تغذیه، وظیفه­ ی خشک کردن هوای مرطوب همراه با محلول را نیز بر عهده دارد.

تعریف فاز گسسته : زمانی از فاز گسسته استفاده می­گردد که هدف، بررسی رفتار ذرات از دیدگاه لاگرانژی و به صورت گسسته باشد. در مدل حاضر، یک محلول متشکل از آب و ذرات جامد وجود دارد که هدف، جداسازی قطرات آب یا همان رطوبت از ذرات می­باشد. با انتخاب گزینه­ ی interaction with continous phase، رفتار جریان فاز گسسته­ ی انتخابی (قطرات آب) تحت جریان پیوسته­ ی مسأله (هوای گرم) قرار می­ گیرد.

رفتار ذرات گسسته : ذرات گسسته در حضور میدان جریان پیوسته می­توانند سه نوع رفتار مختلف داشته باشند: نوع اول) ذرات گسسته هیچ گونه تحت تأثیر رفتار جریان پیوسته قرار نگیرند؛ نوع دوم) ذرات گسسته تحت تأثیر رفتار جریان پیوسته قرار داشته باشند (interaction with continous phas)؛ نوع سوم) ذرات گسسته علاوه بر این که تحت تأثیر جریان گسسته هستند، نسبت به خودشان نیز اثرپذیر می­ باشند (DEM collision).

تعریف فرایند تزریق: فرایند تزریق برای جریان محلول در بخش ورودی تعریف می­گردد؛ بدین صورت که در محلول ورودی، ماده­ی آب به صورت قطرات آب به درون محفظه تزریق می­شوند و طی فرایند تبخیر به گونه­ های بخار آب (تعریف شده در بخش گونه ­های انتقال) تبدیل می­شوند؛ یعنی قطرات آب تبخیر شده و ذرات جامد موجود در محلول به حالت خشک تبدیل می­شود. همچنین نحوه­ ی تزریق ماده به حالت صفحه­ ای (surface) می­باشد. این تبدیل آب از حالت مایع به بخار با سرعت 49 m.s^-1 و دبی 0.0116 kg.s^-1 و در دمای 300.15 K اتفاق می­افتد. همچنین، برای تعریف اندازه­ ی قطر قطرات مایع، از تعریف قطر حداقل و حداکثر استفاده می­شود.

شرایط مرزی فازهای گسسته : فازهای گسسته در نواحی مرزی (مثل ورودی، خروجی و دیواره­ها) می­توانند سه رفتار مختلف از خود نشان دهند که عبارتند از: فرار یا رد شدن از مرز (escape)، گیر افتادن در مرز (trap) و برگشت یا بازخورد از مرز (reflect). در مدل حاضر، فرض بر این است که در ورودی، خروجی و دیواره­ ها، رفتار فاز گسسته فقط به صورت escape می­باشد.

انتقال حرارت جابه­ جایی: از آنجایی که در مدل حاضر، سرعت جریان هوای گرم ورودی بالا می­باشد، اثر ترم انتقال حرارت جابه­ جایی تقویت کی­گردد؛ لذا باید در مرز دیواره­ های محفظه­ ی حاضر، انتقال حرارت جابه­ جایی بین دیواره­ ها از جنس فولاد و دمای توده ­ی سیال جاری برقرار گردد.

گام 4) بررسی نتایج حاصل

پس از پاین فرایند حل، کانتورهای کسر حجمی بخار آب، دما، سرعت و فشار، خطوط جریان مربوط به بخار آب و هوای گرم و ردیابی قطرات آب براساس سرعت حرکت قطره­ها و قطرشان به ترتیب در شکل­های 4 الی 10 نشان داده شده است.

خدمات شرکت پردازشگران مهر

برای مدلسازی و شبیه سازی محفظه با  خشک کننده اسپری توسط نرم افزار انسیس فلوئنت با ما تماس بگیرید. شرکت ما کارشناسان را در زمینه های مختلف مهندسی جمع آوری کرده است تا از کیفیت شبیه سازی CFD اطمینان حاصل شود. شرکت مهر اولین شرکتی است که شما می توانید با اطمینان خاطر سفارش پروژه CFD خود را آنلاین انجام دهید. یکی از اهداف ما این است که استفاده از روش های قدرتمند محاسباتی دینامیک سیالات را افزایش داده و مهندسان و کسانی که به دنبال دانش حرفه ای در CFD هستند را آموزش دهیم.

شبیه سازی های دینامیک سیالات محاسباتی با خدمات ما آسان خواهد شد. برای آموزش کاربرد های CFD و نرم افزارهای شبیه سازی با ما تماس بگیرید. پیشنهاد ما به شما خدمات زیر است. آموزش فلوئنت ,آموزش دینامیک سیالات محاسباتی ,انجام پروژه فلوئنت,مشاوره CFD ,شبیه سازی با فلوئنت,انجام شبیه سازی با فلوئنت,مشاوره پایان نامه فلوئنت,آموزش پایان نامه فلوئنت. مهندسان با تجربه ما مشاوره پیشرفته و پشتیبانی فنی مناسب را برای پروژهای دانشگاهی و صنعتی در اختیار شما قرار خواهند داد. شرکت پردازشگران مهر دارای سال ها تجربه در مدیریت و انجام پروژه های CFD است. ما آماده ایم که بهترین خدمات شبیه سازی را در فیلدهای مختلف مهندسی به شما ارائه دهیم.