مطالعه عددی حرکت گندم در داخل سیکلون جداکننده استرماند با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• ساجد نعیمی دیزجیکان ¹
• غلامحسین شاهقلی ¹
• عادل رضوانی وند فنائی ²
• وحید رستم پور ²

¹ گروه مکانیک بیوسیستم، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

² گروه مکانیک بیوسیستم، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.v11i2.79613

چکیده

سیکلون‌ها از جمله جداکننده‌های گریز از مرکز هستند که به‌دلیل سادگی و هزینه‌های ساخت و نگهداری نسبتاً پایین مورد توجه قرار گرفته‌اند. بازده جمع‌آوری ذرات و افت فشار دو پارامتر کلیدی در عملکرد سیکلون‌ها می‌باشند. دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) یک ابزار قدرتمند برای پیش‌بینی رفتار جریان در طیف گسترده‌ای از طراحی و شرایط عملیاتی است که با حل عددی معادلات ناویر استوکس درک بهتری از حل عددی آشفتگی می‌دهد. در این مطالعه از یک سیکلون استرماند بازده بالا برای مطالعه رفتار گندم در داخل سیکلون استفاده گردید. برای رسم شبکه مسئله از نرم‌افزار گمبیت و برای حل معادلات بقا از نرم‌افزار کد تجاری انسیس فلوئنت 15 بهره گرفته شد. با توجه به عدد ماخ زیر 0.3 جریان، حلگر بر پایه فشار و از مدل SSTk-ω برای شبیه‌سازی آشفتگی جریان استفاده شد. با فرض رقیق بودن جریان گندم در داخل جریان هوا (کسر حجمی زیر 12%) فاز مجزا با ردیابی تعداد زیادی از ذرات از طریق میدان جریان محاسبه گردید. با توجه به اهمیت بالای میدان‌های فشار و سرعت و تاثیر مستقیم بر روی بازده عملکردی سیکلون، در سرعت‌های ورودی m s^-1 10، 12، 14، 16، 18 و 20 و نرخ جرمی جریان kg s^-1 0.08 پارامترهای فشار استاتیک، فشار کل، سرعت محوری، سرعت مماسی، شدت آشفتگی و سایش با همدیگر مقایسه شد. همچنین بازده جمع‌آوری برای سرعت‌های فوق به‌دست آمد. نتایج نشان داد که با در نظر گرفتن تمامی شرایط سرعت ورودی m s^-1  16 بهترین عملکرد را دارا بود.

کلیدواژه‌ها

• استرماند
• افت فشار
• دینامیک سیالات محاسباتی
• سیکلون

20.1001.1.22286829.1400.11.2.8.3

Open Access

©2020 The author(s). This article is licensed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0), which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source.

مراجع

1. Hoffmann, A. C., M. De Groot, W. Peng, H. W. A. Dries, and J. Kater. 2001. Advantages and risks in increasing cyclone separator length, American Institute of Chemical Engineers Journal 47: 2452-2460.

2. Alahmadi, Y. H., A. F. Nowakowski. 2016. Modified shear stress transport model with curvature correction for the prediction of swirling flow in a cyclone separator, Chemical Engineering Science 147: 150-165.

3. Alexander, R. M. 1949. Fundamentals of cyclone design and operation, Australasian Institute of Mining and Metallurgy 152: 152-153.

4. Elsayed, K., and C. Lacor. 2010. Optimization of the cyclone separator geometry for minimum pressure drop using mathematical models and CFD simulations. Chemical Engineering Science 65: 6048-6058.

5. Gimbun, J., T. G. Chuah, A. Fakhru’l-Razi, and T. S. Y. Choong. 2005b. The influence of temperature and inlet velocity on cyclone pressure drop: a CFD study.Chemical Engineering and Processing 44: 7-12.

6. Gimbun, J., T. G. Chuah, T. S. Y. Choong, and A. Fakhru’l-Razi. 2005a. A CFD study on the prediction of cyclone collection efficiency. International Journal for Computational Methods in Engineering Science and Mechanics 6: 161-168.

7. Gimbun, J., T. G. Chuah, T. S. Y. Choong, and A. Fakhru’l-Razi. 2005c. Prediction of the effects of cone tip diameter on the cyclone performance, Journal of Aerosol Science 1056-1065.

8. Griffiths, W. D., and F. Boysan. 1996. Computational fluid dynamics (CFD) and empirical modelling of the performance of a number of cyclone samplers. Journal of Aerosol Science 27: 281- 304.

9. Hoekstra, A. J., J. J. Derksen, and H. E. A. Van Den Akker. 1999. An experimental and numerical

study of turbulent swirling flow in gas cyclones, Chemical Engineering Science 54: 2055-2065.

10. Inc. ANSYS. 2013. ANSYS FLUENT Theory Guide. Release 182 15317: 373-464.

11. Naddi, F., S. A, Mehdizadeh, U. N. Zonuz. 2017. Comparing between predicted output temperature of flat-plate solar collector and experimental results: computational fluid dynamics and artificial neural network: Journal of Agricultural Machinery 7 (1): 298-311. (In Farsi).

12. Rezvanivandefanayi, A., and A. M. Nikbakht. 2015. A CFD Study of the Effects of Feed Diameter on the Pressure Drop in Acyclone Separator: International Journal of Food Engineering 11: 71-77.

13. Rezvanivandefanayi, A., A. Hasanpour, and A. M. Nikbakht. 2019. Study of the vapor thermos-compressor to reduce energy consumption in the sugar production line using Computational Fluid Dynamics: Journal of Agricultural Machinery 10 (2). (In Farsi).

14. Rezvanivandefanayi, A., A. M. Nikbakht, and A. Modarres Motlagh. 2013a. Modeling of material conveying in cyclone separators using Computational fluid Dynamics: The 6th Agricultural Research Findings Conference. University of Kurdistan, Sanandaj, Iran.

15. Rezvanivandefanayi, A., A. M. Nikbakht, and A. Modarres Motlagh. 2013b. Investigating the effect of mass flow rate on velocity fields of cyclone separators using computational fluid dynamics: The second national congress of organic and conventional agriculture, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.

16. Rezvanivandefanayi, A., A. M. Nikbakht, and A. Modarres Motlagh. 2013c. Investigating the effect of mass flow rate on the friction of the wall of cyclone separators using computational fluid dynamics: The second national congress of organic and conventional agriculture, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.

17. Rezvanivandefanayi, A., A. M. Nikbakht, and A. Modarres Motlagh. 2013d. Investigating the effect of mass flow rate on Pressure drop of cyclone separators using computational fluid dynamics: The second national congress of organic and conventional agriculture, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.

18. Zhao, B., Y. Su, and J. Zhang. 2006. Simulation of gas flow pattern and separation efficiency in cyclone with conventional single and spiral double inlet configuration. Chemical Engineering Research and Design 84: 1158-1165.