اسکرابر ونتوری، شبیه سازی با انسیس فلوئنت، کاربرد صنعتی

شرح پروژه (اسکرابر ونتوری)

در این پروژه، اسکرابر ونتوری (venturi scrubber) را با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) شبیه سازی شده است.

سیستم‌های اسکرابر ونتوری گروهی از دستگاه‌های صنعتی کنترل آلودگی هوا هستند که برای حذف شن و ماسه و ذرات اضافی از جریان گاز یا اگزوز استفاده می‌شوند. آنها در کوره‌های سیمان، صنایع شیمیایی و دارویی، بویلرهای صنعتی، کارخانه‌های طلا، صنایع متالورژی و زباله‌سوز کاربردهای زیادی دارند.

از طرفی دیگر، فرآیند طراحی حساس و هزینه‌های ساخت بسیار بالاست. این امر باعث می‌شود تا طراحان از عملکرد پیش‌بینی شده قبل از فرآیند ساخت و ساز از طریق روش‌های عددی CFD مطمئن شوند. هدف این شبیه سازی داشتن تنظیمات شبیه سازی یک اسکرابر ونتوری نمونه است. به طور مشابه، اندازه‌های مختلف اسکرابر را می‌توان شبیه سازی کرد.

پروژه حاضر یک اسکرابر ونتوری صنعتی را با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت شبیه سازی می‌کند. اسکرابر ونتوری ذرات و آلاینده‌های گاز را تا 0.1 میکرومتر جمع‌آوری می‌کنند. میزان آب موجود در دستگاه بسیار زیاد است، اما باعث تماس بیشتر آب با ذرات و آلاینده‌ها می‌شود. درنتیجه، ذرات در دستگاه به تله افتاده و از مایع خارج می‌شوند.

پس از شبیه سازی اسکرابر ونتوری حاضر، مشاهده شد که این اسکرابر ونتوری کارایی لازم برای استفاده از این دستگاه را در صنعت دارد.

نسبت مایع به گاز بالا، اتمیزه شدن مایع و سازه باز، تصفیه گازهای بسیار آلوده را با راندمان بالا، حداقل تعمیر و نگهداری و قابلیت برگشت جریان نامحدود ممکن می‌سازد. توانایی این سیستم در حذف گازها و ذرات سمی به طور همزمان در شرایط مختلف، ونتوری را به یکی از انعطاف پذیرترین سیستم‌های مورد استفاده تبدیل کرده است.

ونتوری معمولاً در مرحله اول سیستم‌های چندمرحله‌ای برای کنترل آلودگی گاز یا جریان هوا استفاده می‌شود. به همین دلیل از این نوع اسکرابر در صنایع مختلف استفاده می‌شود.

اسکرابر ونتوری از انرژی گاز ورودی برای اتمیزه کردن اسکرابر جریان گاز استفاده می‌کند.

اسکرابر ونتوری از سه قسمت همگرا، گلویی و واگرا تشکیل شده است. جریان گاز ورودی وارد قسمت همگرا می‌شود و با کاهش مساحت، سرعت جریان گاز افزایش می‌یابد. سیال مورد استفاده نیز در گلویی یا ورودی قسمت همگرا به سیستم اضافه می‌شود. گاز ورودی سیستم با سرعت بالا از گلویی عبور می‌کند، جایی که مایع اضافه می‌شود و قطرات زیادی تولید می‌کند.

حذف ذرات و آلاینده‌ها از جریان گاز در گلویی انجام می‌شود. این کار با برخورد جریان گاز ورودی با قطرات مایع ریز است. سپس گاز ورودی به سمت قسمت واگرا حرکت می‌کند. جایی است که جریان با سرعت کم خارج می‌شود و در آب غرق می‌شود.

روش‌های استفاده شده

در این پروژه، هدف ما بررسی یک سیستم اسکرابر ونتوری از پیش طراحی شده است که با استفاده از روش‌های عددی CFD، هوا را از ذرات ماسه تصفیه می‌کند تا از قابلیت و عملکرد آن اطمینان حاصل شود.

اسکرابر ونتوری سری 720-2 استفاده می‌شود و به دلیل سرعت بالای سیالات (10 متربرثانیه)، کنترل ذرات و پخش نشدن آنها چالش بزرگی خواهد بود. با این حال، براساس مدل‌های مشابه، انتظار می‌رود که راندمان بالایی (بیش از 99٪) از خود نشان دهد.

ترکیبی از ذرات هوا و شن وارد ونتوری می‌شود و در حین تزریق قطرات آب از قسمت نازلی شکل عبور می‌کند. بنابراین، ذرات مرطوب سنگین‌تر می‌شوند و به جای پخش شدن، تمایل به تجمع دارند.

از طرف دیگر، کف مخزن اسکرابر با آب پر شده و سطح آن بسیار نزدیک به خروجی ونتوری است که منجر به تله بهتر ذرات شن می‌شود.

نتایج

پس از پایان فرایند حل، انیمیشن کل 10 ثانیه فرآیند تزریق استخراج شده است.

بر اساس داده‌های گزارش شده، نازل‌های آب طراحی شده و پارامترهای جریان می‌توانند ذرات ماسه را مهار کنند. تنها 0.02 درصد از ذرات تزریق شده توانستند فرار کنند که کارایی باورنکردنی را ثابت می‌کند. درنتیجه، می‌توان آن را بدون تردید برروی خط لوله صنعتی که برای آن طراحی شده است، اجرا کرد.