شبیه سازی نرخ اتلاف انرژی در سیستم اختلاط مایع -مایع امتزاج ناپذیر – شیمی

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی شیمی
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:179
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

شبیه سازی نرخ اتلاف انرژی در سیستم اختلاط مایع -مایع امتزاج ناپذیر – شیمی

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

چکیده

چکیده ۱
مقدمه ۲-۴
فصل اول : کلیات ۵-۸
(۱-۱هدف ۶
(۲-۱پیشینه تحقیق ۶-۷
(۳-۱روش کار و تحقیق ۷-۸
فصل دوم:اختلاط ۹-۲۱
(۱-۲اختلاط ۱۰
(۱-۱-۲کیفیت اختلاط ۱۰-۱۱
(۲-۱-۲اختلاط آشفته ۱۱
(۲-۲تانکهای بهمزن مکانیکی ۱۱-۱۲
(۱-۲-۲هندسه ۱۲
(۱-۱-۲-۲انواع پروانه ۱۳-۱۴
(۱-۱-۱-۲-۲پروانه های جریان محوری ۱۴
(۲-۱-۱-۲-۲پروانه های جریان شعاعی ۱۵-۱۶
(۲-۱-۲-۲بافلهای دیواری ۱۶
(۳-۲الگوهای جریان در تانکهای بهم زن ۱۷-۲۰
(۴-۲دینامیکهای جریان محاسباتی ۲۰
(۵-۲کدهای محاسباتی ۲۱
فصل سوم:مروری بر کارهای گذشته ۲۲-۴۵
(۱-۳کاربرد CFDدر شبیه سازی جریان در مخازن همزن دار ۲۳-۲۴
(۱-۱-۳روشهای CFDمورد استفاده برای شبیه سازی ظروف همزن دار ۲۴
(۱-۱-۱-۳سیستمهای مختصات ثابت ۲۴-۲۷
(۲-۱-۱-۳سیستمهای مختصات چرخان ۲۷-۳۴ه
(۳-۱-۱-۳مقایسه روشهای مختلف ۳۴-۳۵
(۲-۳بررسی اثر پارامترهای مختلف برروی میدان جریان در مخازن همزن دار ۳۶
(۱-۲-۳مخازن همزندار بدون بافل ۳۶-۳۸
(۲-۲-۳مخازن همزن دار بافل دار ۳۸-۴۰
(۳-۲-۳مدلهای کوپه ای ۴۰-۴۴
فصل چهارم: فرمول بندی مساله و رسیدن حل نهایی ۴۵-۵۶
( ۱-۴معادله های مدل ۴۶
(۱-۱-۴معادله های بقاء ۴۶-۴۷
(۱-۱-۱-۴پیوستگی ۴۷
(۲-۱-۱-۴مومنتوم ۴۷
(۲-۴توربولنس ۴۸-۴۹
(۱-۲-۴مدل استاندارد ۴۹-۵۰ k-ε
۵۰ RNG k-ε (مدل۲-۲-۴
۵۰-۵۱ RSM (مدل۴-۲-۴
(۵-۲-۴مدل شبیه سازی ادیهای بزرگ ۵۱
(۳-۴شرایط مرزی و فرضیات در این پروژه ۵۲
(۴-۴مدلهای کوپه ای ۵۲
(۱-۴-۴فرمول بندی مدل دو کوپه ای ۵۲-۵۴
(۲-۴-۴تعیین پارامترهای دو کوپه ای ۵۴-۵۵
(۳-۴-۴روش کلی برای تعیین پارامترهای دو کوپه ای ۵۵
(۱-۳-۴-۴توزیع دانسیته حجمی نرخ اتلاف انرژی ۵۵-۵۶
(۲-۳-۴-۴اتلاف انرژی تراکمی ۵۶
(۳-۳-۴-۴تعیین نرخ التلاف انرژی جدا کننده ۵۶
فصل پنجم: طراحی عددی ۵۷-۶۸و
(۱-۵شبکه بندی سیستم ۵۸-۶۰
(۱-۱-۵فواید استفاده از عناصر چهار وجهی ۶۰
(۲-۱-۵مضرات استفاده از عناصر چهار وجهی ۶۰
(۳-۱-۵مزایای استفاده از سلولهای شش وجهی ۶۰
(۲-۵خلاصه ای از روشهای عددی ۶۰-۶۱
(۱-۲-۵روش حل تفکیکی ۶۱-۶۳
(۲-۲-۵روش حل پیوسته ۶۳-۶۴
(۳-۵مجزا سازی ۶۵-۶۶
(۴-۵مراحل حل مساله ۶۷-۶۸
فصل ششم : صحت مدل ۶۹-۸۱
(۱-۶مدل آلکسوپولوس ۷۰
(۲-۶هندسه مدل استفاده شده در این پروژه ۷۱
(۳-۶تولید شبکه ۷۲-۷۳
(۴-۶معادله های حاکم ۷۳
(۵-۶تکنیک MFRبرای شبیه سازی ۷۴-۷۵ CFD
(۶-۶مقایسه با نتایج آلکسوپولوس ۷۵
(۱-۶-۶آنالیز جریان ۷۵-۷۹
(۲-۶-۶مقایسه نتایح بدست آمده ۸۰-۸۱
فصل هفتم : بحث و نتایج ۸۲-۱۲۲
(۱-۷انتخاب مقدار ۸۳-۸۵ εcut
(۲-۷تاثیر قطر پروانه بر تقسیم بندی ۸۶-۹۳
(۳-۷تاثیر سرعت چرخش ۹۴-۱۰۱
(۴-۷تاثیرات فاصله پروانه از انتهای تانک ۱۰۲-۱۰۷
(۵-۷تاثیر بافل ۱۰۸-۱۱۲ز
(۶-۷استفاده از پروانه های مختلف ۱۱۳-۱۲۲
فصل هشتم: نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۲۳-۱۲۵
نتیجه گیری ۱۲۴
پیشنهادات ۱۲۵
پیوست ها ۱۲۶-۱۲۸
فهرست علائم ۱۲۹-۱۳۰
منابع و ماخذ ۱۳۱-۱۳۸
فهرست منابع لاتین ۱۳۱-۱۳۸
سایتهای اطلاع رسانی ۱۳۸
چکیده انگلیسی ۱۳۹

چکیده
اختلاط در تانک بهمزن با استفاه از دینامیک محاسباتی جریانCFD) )شبیه سازی شد. هدف اصلی  در این پروژه بررسی امکان تقسیم بندی تانک به دو یا تعداد بیشتری کوپه بر اساس مقادیر نرخ اتلاف  انرژی توربولنسی ε می باشد.متد قاب مرجع چند گانهMFR)) برای مدل کردن پروانه مورد استفده  قرار گرفت.این روش در مقایسه با متد قاب چرخانRF)) روشی به روزتر می باشد.نتایج عددی بدست  آمده با نتایج آلکسوپولوس Alexopolous)) (2002) مقایسه شد و توافقات خوبی به دست  آمد.تانک به کوپه هایی بر اساس مقدار نرخ اتلاف انرژی جنبشی توربولنسی ،εcut تقسیم بندی شد.این  εcut قبلا بر اساس رسم نمودار نرخ اتلاف انرژی تراکمی بر حسب نرخ اتلاف بدست می آمد.اما در این  پروژه استدلال شد که این روش توام با درصدی از خطای مشاهداتی بوده و ملاک واضحی برای انتخاب  نرخ اتلاف انرژی برشی نمی باشد،در عوض بجای آن εcut بر اساس توزیع دانسیته حجمی انتخب شد  که واضحتر و قابل رویت تر می باشد.تانک به دو کوپه ،ناحیه پروانه و ناحیه بالک بر اساس εcut تقسیم  بندی شد.تاثیر فاکتورهایی شامل،نوع پروانه،قطر پروانه،سرعت چرخش،حضور بافل،و فاصله پروانه از  انتهای تانک بررسی شد.اینطور به دست آمد که نوع و،قطر پروانه،سرعت چرخش،حضور بافل تاثیر
مهمی بر روی سطح نرخ اتلاف انرژی و سایز کوپه پروانه دارند ولی فاصله پروانه از انتهای تانک تاثیر  قابل ملاحظه ای ندارد.

مقدمه:
تانکهای بهم زده شده با یک وسیله مکانیکی و یا یک جت مایع به طور گسترده در بسیاری از پروسه  های صنعتی کابرد دارند.این پروسه ها شامل صنایع شیمیایی، پتروشیمی  ،متالوژیکی می باشد. تانکهای  بهم زن۱ در پروسه های مختلفی ازقبیل :امتزاج، پراکنده سازی،امولوسیون،سوسپانیون،بالابردن دماو  انتقام جرم کاربرد دارند.در نتیجه طیف وسیعی از تانکهای بهمزن برای شرایط عملیاتی مختلف وجود  دارند.جزئیات جریان و نحوه گسترش اختلاط در تانکهای بهمزن تاثیر مهمی در بیشتر کاربردهای  صنعتی دارد.
طراحی و افزایش مقیاس تانکهای بهم زن و تعیین کمیت اختلاط در آنها به طور سنتی با توسعه معادله  های طراحی تجربی که اساسا به خاطر وجود پیچیدگی در دینامیک جریان اختلاط است،متوقف شد ،به  طور مثال تعیین واحد درجه اختلاط ، بوسیله آنالیز توزیع زمان اقامت یک ردیاب مورد بررسی قرار  می گرفت.اگر چه این دیدگاه برای بسیاری از کاربرد ها به اثبات رسیده است، اما نسبتاً محدود بوده،زیرا  پیچیدگی جریان در بسیاری از کاربردهای اختلاطی در نظر گرفته نشده است. علاوه بر این معادله های
تجربی معمولاًًبرای شرایط خاص آزمایشگاهی بوده و ندرتاً در تئوریهای توسعه یافته مشارکت دارند. اخیرا دینامیک محاسباتی جریان( CFD) و تکنیکهای آزمایشگاهی پیشرفته از قبیل سرعت سنج لیزر  داپلر (LDV) به طور گسترده ای برای درک بهتر پروسه اختلاط به کار گرفته می شود که شامل  اطلاع از جزئیات ویژگیهای جریان،از قبیل اطلاع از چزئیات پروسس که برای طراحی اجزا و انتخاب آنها  بسیار ضروری می باشد. شبیه سازی کامپیوتری پدیده جریان آشفته در بسیاری از کاربردهای صنعتی  به طور موفقیت آمیزی انجام گرفته است. پاترسون (۱۹۷۵ ) اصول به کار بردن مدلهای ریاضی را برای  شرایط مختلف اختلاط توصیف کرد.با پیشرفتهای اخیر در نرم افزارCFD و افزایش قدرت کامپیوتر
امکان تعیین الگوی جریان و اختلاط را در تانکهای بهمزن بوسیله شبیه سازی بیشتر از کار آزمایشگاهی فراهم آورده است پیشرفت نسبت به درک بهتر اختلاط تنها به زمینه های عددی به جز  آزمایشگاهی محدود نبوده و در زمینه تئوری نیز پیشرفتهایی حاصل شده است. اوتینو (۱۹۹۰) یک  تئوری سینماتیکی از نرخ اختلاط پیشنهاد داد که یا ئو (۱۹۹۸) توانست یک ابزار نظری برای طراحی  بهینه میکسر و کیفیت و کمیت اختلاط بر اساس تئوری اوتینو و استفاده از نتایج CFD ارائه دهد.در  این پروژه ما مطالعات خود را در مورد تاثیرات فاکتورهای هندسی و عملیاتی بر روی همگنی اختلاط  در تانکهای بهمزن متمرکز کرده ایم. همچنین مطالعات آزمایشگاهی و عددی انجام شده بر روی  تانکهای بهمزن را مورد بررسی قرار دادیم. محاسبات مربوط به جریان مغشوش در مخزن همزندار یکی  از چالشهای مهم در مدلهای اغتشاش موجود است. عواملی که باعث این پیچیدگی می شوند شامل  طبیعت ناهمگون جریان در مخازن همزندار؛ همزنها و تفاوت کلی در شکل و مقیاسهای موجود است. به  علاوه جریان مغشوش که توسط هر تیغه همزن تولید یا به آن برخورد می کند، پیچیدگی دیگر این  قضیه است ،با توجه به اینکه هر تیغه به دنبال یک تیغه دیگر در حرکت است . روشهای تجربی موجود  برای مطالعه میدان جریان مغشوش در مخازن همزن دار می تواند اطلاعات مفیدی را راجع به شکل  میدان »جریان«اندازه سرعت در نقاط مختلف و شدت اغتشاش به دست بدهد.ولی روشهای تجربی  اغلب دارای معایبی می باشند که می تواند ناشی از طبیعت ناپای جریان مغشوش ، شکل پیچیده پره  های همزن و حضور بافل در مخزن به علاوه گران و وقت گیر بودن اندازه گیری تجربی باشد. ظهورCFD و روند سریع رو به رشد آن طی دو دهه اخیر توانسته است تا حد بسیار زیادی به مطالعه  میدان جریان در مخازن همزن دار کمک کند.اگر چه ممکن است CFD نتواند نیاز به انجام کارهای  آزمایشگاهی را به طور کلی حذف کند،ولی می تواند ابزار بسیار خوبی برای هدایت نتایج تجربی و  سرعت بخشیدن به حل مسائل مربوط به جریان باشد.به هر حال توسعه روز افزون روشهای جدید و  دقیق تر CFD با زبان های برنامه نویسی پیشرفته و نرم افزار های شبیه سازی می تواند در آینده حتی  نیاز به داده های آزمایشگاهی را به طور کلی حذف کند. شبیه سازی CFD جریان های مغشوش طیف وسیعی از اطلاعات مثل بردارهای سرعت،انرژی جنبشی اغششاش،شدت اتلاف انرژی و غیره را در نقاط  مختلف ظرف به دست می دهد بررسی دقیق جزئیات کامل داده های تولید شده توسط شبیه سازی  های CFD می تواند رفتار جریان،شکل و مسیر گردشی جریان،ساختار و رتکس و در مقیاس های  کوچکتر شدت های اتلاف و تنش های رینولدز و غیره را اشکار سازد.

نتیجه گیری:

جریان سیال در تانکهای بهم زن توسط دینامیک جریان محاسباتی CFD با استفاده از روش قاب مرجع چند گانه , MFR و مدل k-ε استاندارد شبیه سازی عددی شد.یک روش کلی برای پردازش  داده های CFD برای استخراج پارامترهای مدل دو کوپه ای µ ,λ و Q توضیح داده شد. که این  روش بر اساس شکستگی در توزیع دانسیته حجمی می باشد.نمودار توزیع دانسیته حجمی نشان داد که  تانک اختلاط می تواند به دو کوپه مجزا تقسیم بندی شود.با استفاده از این معیار،مرز بین دو ناحیه به  عنوان نرخ اتلاف انرژی مجزا کننده،εCut مشخص شد.این روش با نتایج CFD آلکسوپولوس و  همکارانش(۲۰۰۲) مقایسه شد و توافقات خوبی بدست آمد.تاثیرات قطر پروانه ،نوع پروانه،سرعت  چرخش،فاصله از انتهای تانک ،حضور بافل،بر روی تقسم بندی بررسی شد.این طور دریافت شد که با  افزایش قطر پروانه حجم چرخش با نرخ اتلاف انرژی بالا افزایش می یابد در صورتیکه حجم کوپه پروانه  بر اساس تعریف εCut کاهش می یابد.افزایش قطر به اندازه بهینه منجر به دستیابی سیستمی هموژن با  حجمی بزرگ که معرف ناحیه گردشی می باشد،در صورتیکه حجم کوچک باقیمانده معرف ناحیه پروانه  با نرخ بالای انرژی می باشد.به طور کلی می توان گفت وابستگی توزیع حجم نرخ اتلاف انرژی به قطر  بسیار زیاد است،بنابراین برای طراحی و افزایش مقیاس بویژه وقتی هموژنیتی تانک اختلاط مورد نظر  است باید مورد توجه قرار بگیرد.افزایش سرعت باعث افزایش در حجم کوپه پروانه و هموژنیتی کمتر  سیستم و افزایش بخش بخش شدن به سبب ناحیه های گردشی مختلف شد.اثر فاصله پروانه از انتهای  تانک تاثیر عمده ای نداشت. بافلها تاثیر ویژه بر افزایش هموژنیتی (کاهش بخش بخش شدن)به سبب  عمل منحرف کردن سرعتهای مماسی به سرعتهای محوری در سطوح دیوارههای بافل داشتند.مقایسه  بین انواع پروانه نشان داد که پروانه های شعاعی باعث افزایش بخش بخش شدن میشوند در صورتیکه  پروانه های محوری باعث افزایش هموژنیتی سیستم می شوند.

 

 

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت

آخرین مطالب

مطالب مرتبط