جریان چندفازی در محیط متخلخل، تشکیل کیک فیلتر، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه جریان چندفازی در محیط متخلخل

در این پروژه، به شبیه سازی جریان چندفازی در محیط متخلخل، با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) پرداخته ایم.

مدل حاضر با استفاده از نرم افزار ANSYS Design Modeler به صورت دو بعدی طراحی شده است. این مدل به صورت ستونی با ارتفاع 0.08 متر و عرض 0.0125 متر طراحی شده است. ناحیه محاسباتی به دو قسمت تقسیم می شود به طوری که قسمت پایینی ستون مربوط به محیط متخلخل است. با توجه به ساختار متقارن هندسه مدل، تنها نیمی از هندسه مدل شده است و از شرط مرزی تقارن استفاده می شود. ما مش بندی مدل را با استفاده از نرم افزار ANSYS Meshing انجام داده ایم و نوع مش ساختار یافته است. تعداد سلول های محاسباتی 572852 است.

روش های استفاده شده

جریان آب با فشار نسبی 100000 پاسکال و دمای 288.15 کلوین از بالای یک ستون عمودی وارد می شود. در انتهای ستون وارد یک محیط متخلخل می شود. این محیط متخلخل از آلومینیوم ساخته شده و دارای ضریب تخلخل (نسبت حجم حفره ها یا فضای سیال به حجم کل) برابر با 0.6 می باشد. از آنجایی که دو فاز در این پروژه با هم مخلوط می شوند، باید یک جریان چند فازی تعریف شود. بنابراین در شبیه سازی حاضر از مدل چند فازی استفاده شده است که فاز اولیه آن آب مایع و فاز دوم آن ذرات محلول در آب (لجن) است. فاز ثانویه به عنوان دارای چگالی 2400 کیلوگرم بر متر مکعب، ظرفیت گرمایی ویژه 4180 j/kg.K، هدایت حرارتی 0.0454 W/m.K و ویسکوزیته آن بر اساس قانون توان تعریف می‌شود. برای تعریف مدل چند فازی از مدل اویلری استفاده شده است. این مدل پیچیده ترین مدل نرم افزاری چند فازی است و می تواند مجموعه ای از معادلات تکانه و انرژی را برای هر فاز به طور جداگانه حل کند.

مدل چند فازی اویلری مواردی مانند جریان های حباب، جریان قطرات، افزایش دهنده های عمودی، سیکلون ها، بستر سیال، ستون های حباب، جریان های دوغاب، پدیده های ته نشینی، و پدیده های تعلیق ذرات را شبیه سازی می کند. این شبیه سازی به صورت گذرا (وابسته به زمان، ناپایا، Transient) انجام شده است.

نتایج شبیه سازی جریان چندفازی در محیط متخلخل

در پایان فرآیند حل، کانتورهای دوبعدی مربوط به فشار مخلوط، سرعت فاز اولیه، دمای فاز اولیه، کسر حجمی فاز اولیه، سرعت فاز ثانویه، دمای فاز ثانویه و کسر حجمی فاز ثانویه به دست می‌آید. نتایج نشان می دهد که وقتی جریان آب داخل ستون به سمت پایین حرکت می کند، جریان مخلوط به سمت محیط متخلخل حرکت می کند. رفتار مخلوط نشان می دهد که ذرات محلول در آب از محیط متخلخل عبور نمی کنند و فقط جریان آب عبور می کند. در نتیجه، ذرات محلول از جریان آب جدا شده و منجر به فیلتراسیون کیک می شود.