رطوبت‌گیر با روش فاز گسسته، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

شرح پروژه (رطوبت‌گیر)

هدف از این مسأله، شبیه سازی عددی یک دستگاه رطوبت‌گیر (dehumidifier) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

دستگاه رطوبت‌گیر نوعی دستگاه تهویه مطبوع (air conditioning) است که سطح رطوبت هوا را کاهش داده و میزان آن را حفظ می‌کند. این دستگاه برای افزایش سلامتی و آسایش حرارتی افراد در محیط، از بین بردن بوی کپک‌زدگی و جلوگیری از رشد کپک با حذف آب از هوای مرطوب استفاده می‌شود.

این دستگاه از جذب رطوبت توسط سطوح برای فرایند رطوبت‌زدایی هوا استفاده می‌کند. محفظه‌ای طراحی شده است که در آن چندین ردیف از صفحات به عنوان موانع جریان در داخل مانع قرار می‌گیرند. وجود این موانع باعث می‌شود که جریان هوای مرطوب از یک مسیر پیچ‌درپیچ عبور کند و دائماً با صفحات مختلف تماس پیدا کند و درنتیجه، رطوبت موجود در هوا توسط این صفحات به دام بیفتد.

هندسه مدل حاضر را به صورت سه بعدی با استفاده از نرم افزار دیزاین مدلر (Design Modeler) طراحی کردیم. ناحیه محاسباتی داخل یک دستگاه رطوبت‌گیر است. در داخل محفظه، 21 ردیف صفحه به عنوان موانع عمود بر مسیر جریان سیال طراحی شده است.

ده صفحه به سطح بالایی محفظه و یازده صفحه به سطح پایین محفظه متصل می‌شوند، و با یک چیدمان یکی در میان قرار می‌گیرند. ورودی هوا از سمت چپ محفظه است و 9 دریچه مجزا به عنوان مرکز پاشش آب با ذرات گسته تعریف شده است.

سپس مش بندی مدل حاضر را با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) انجام دادیم. مش بندی از نوع بدون سازمان (unstructured) بوده و تعداد سلول‌های تولیدی برابر با 2863327 است.

روش‌های استفاده شده

برای این شبیه سازی، جریان هوای مرطوب ترکیبی از جریان هوا به عنوان یک محیط پیوسته و تزریق بسیاری از ذرات آب به عنوان یک محیط گسسته فرض شده است. بنابراین، از مدل فاز گسسته (discrete phase model (DPM)) استفاده می‌شود و یک تزریق (injection) برای ذرات گسسته تعریف می‌شود.

استفاده از مدل فاز گسسته باعث می‌شود که دیدگاه حل از اویلری-اویلری (Eulerian-Eulerian) به اویلری-لاگرانژی (Eulerian-Lagrangian) تغییر کند. در این مدل‌سازی، جریان هوای پیوسته با سرعت 0.05 متربرثانیه و دمای 15/373 کلوین وارد محفظه شده و با 21 صفحه عمود بر مسیر جریان برخورد می‌کند. به طور همزمان، جریان آب در یک محیط مجزا از 9 سوراخ ورودی محفظه به جریان هوای پیوسته پاشیده می‌شود.

تزریق آب به عنوان ذرات راکد (inert) با قطر 0.0001 متر و دبی جرمی 1e-5 کیلوگرم‌برثانیه و سرعت 0.05 متربرثانیه تعریف می‌شود. همچنین رفتار ذرات گسسته در تماس با سطح صفحات به صورت یک تله (trap) تعریف می‌شود تا ذرات گسسته از جریان هوای پیوسته جدا شده و درنتیجه، رطوبت‌زدایی صورت گیرد.

نتایج

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای (contour) دو بعدی و سه بعدی مربوط به سرعت، فشار، گرادیان فشار و غلظت فاز گسسته به دست می‌آیند. ردیابی دنباله مسیر ذرات (particle tracking) براساس زمان ماندگاری ذرات (residence time) نیز نشان داده شده است. نتایج نشان می‌دهد که جریان سیال از یک مسیر پر پیچ و خم از فضای بین صفحات عبور می‌کند و در تماس دائمی با سطح صفحات است.

این تماس‌ها باعث می‌شود که ذرات آب مجزا در هوا توسط این صفحات در فضای بین صفحات به دام بیفتند. بنابراین، فرآیند رطوبت‌زدایی هوای مرطوب با به تله انداختن قطرات آب به درستی انجام می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که 175 ذره آب ردیابی شده همه توسط صفحات به تله افتاده‌اند.