بررسی تاثیر صفحه تنظیم‌کننده جریان خروجی بر عملکرد سیکلون آرد: مطالعات تجربی و شبیه‌سازی عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• احسان آقایی بدلبو
• وحید رستم پور
• عادل رضوانی وند فنائی
• علی محمد نیکبخت

گروه مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2021.67389.1000

چکیده

سیکلون‌ها با توجه به هزینه‌های ساخت و نگهداری نسبتاً پایین و سادگی آن‌ها همواره در صنعت و کشاورزی مورد توجه بوده‌اند. دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) یکی از ابزارهای توانمند برای پیش‌بینی رفتار در شرایط مختلف است که با حل عددی معادلات ناویر- استوکس درک بهتری از حل عددی در شرایط آشفتگی جریان سیال می‌دهد. در این مطالعه تأثیر صفحه تنظیم جریان مکشی در یک سیکلون مورد استفاده در صنعت آرد، بر روی جریان‌های داخلی در داخل سیکلون مورد بررسی قرار گرفته است. از نرم‌افزار گمبیت و نرم‌افزار انسیس فلوئنت نسخه‌ی 15 به‌ترتیب برای رسم هندسه مسئله، ایجاد شبکه، اعمال شرایط مرزی و هم‌چنین برای حل معادلات بقا بهره گرفته شد. از مدل آشفتگی تنش‌های رینولدز RSM برای شبیه‌سازی آشفتگی جریان داخل سیکلون استفاده گردید. لازم به ذکر است که با توجه به رقیق بودن جریان آرد در داخل جریان هوای حامل از مدل فاز گسسته (DPM) برای ردیابی ذرات از طریق میدان جریان استفاده گردیده است. در زوایای صفحه صفر، 15، 30، 45، 60 و 75 درجه، پارامترهای اندازه سرعت، سرعت محوری، بازده جمع‌آوری، افت فشار، ضریب اصطکاک سطح و هم‌چنین شدت آشفتگی با جزئیات استخراج گردیده و در قالب کانتورهای هم‌ارز شده با شاخص یکسان، با یکدیگر مقایسه شدند. علاوه بر این برای درک هرچه بیش‌تر رفتار جریان، کانتورهای مربوط به مسیر حرکت برای سیکلون استخراج گردیدند. نتایج نشان داد که با در نظر گرفتن تمامی شرایط، زاویه صفحه تنظیم‌کننده 30 درجه با افت فشار 134.2 پاسکال و بازده جمع‌آوری 95.3 درصد دارای بهترین شرایط در بین حالت‌های مورد بررسی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

• افت فشار
• بازده جداسازی
• دینامیک سیالات محاسباتی
• شدت آشفتگی

20.1001.1.22286829.1401.12.3.6.0

موضوعات

• مدل‌سازی

Open Access

©2021 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. Alahmadi, Y. H., and 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. https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.03.023.
2. 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. https://doi.org/10.1016/j.ces.2010.08.042.
3. Elsayed, K., and C. Lacor. 2011. The effect of cyclone inlet dimensions on the flow pattern and performance. Applied Mathematical Modelling 35: 1952-1968. https://doi.org/10.1016/j.apm.2010.11.007.
4. 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 (3): 161-168. DOI: 1080/15502280590923649.
5. Gimbun, J., T. G. Chuah, T. S. Y. Choong, and A. Fakhru’l-Razi. 2005b. Prediction of the effects ofcone tip diameter on the cyclone performance. Journal of Aerosol Science 36 (8): 1056-1065. https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2004.10.014.
6. 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. https://doi.org/10.1016/0021-8502(95)00549-8.
7. Hoffmann, A. C., M. De Groot, W. Peng, H. W. Dries, and J. Kater. 2001. Advantages and risks in increasing cyclone separator length. American Institute of Chemical Engineers Journal 47: 2452-2460. https://doi.org/10.1002/aic.690471109.
8. Inc. ANSYS. 2013. ANSYS FLUENT Theory Guide. Release 182 15317: 373-464.
9. Mazyan, W. I., A. Ahmadi, J. Brinkerhoff, H. Ahmed, and M. Hoorfar. 2018. Enhancement of Cyclone Solid Particle Separation Performance Based on Geometrical Modification, Numerical Analysis. Separation and Purification Technology 191 (1): 276-285. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.09.040
10. Naimei Dizajyekan, S., Gh. Shahgholi, A. Rezvanivande fanaei, and V. Rotampour. 2019. Numerical Study of Wheat Conveying in Separator Cyclone Using Computational Fluid Dynamics. Journal of Agricultural Machinery 11 (2): 231-246. (In Persian). http://doi.org/10.22067/jam.v11i2.79613.
11. 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. https://doi.org/10.1515/ijfe-2014-0125.
12. 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 (12): 1158-1165. https://doi.org/10.1205/cherd06040.
13. Zobeiri, M., V. Rostampour, A. R. Fanaei, and A. M. Nikbakht. 2019. Experimental and Numerical investigation of deviation blade effect on sedimentation chamber performance in chickpea harvesting machine. Iran Biosystems Engineering 52: 329-339. (In Persian). DOI: 22059/ijbse.2020.276317.665166.