شبیه‌سازی ناپایای بستر شارانیده حبابی حاوی ذره های نوع B با استفاده از CFD در سرعت‌های بالای گاز

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 ایلام، دانشگاه ایلام، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی

2 زاهدان، دانشگاه سیستان و بلوچستان، دانشکده فنی و مهندسی شهید نیکبخت، گروه مهندسی شیمی

چکیده

بستر شارانیده گازـ جامد حبابی با استفاده از مدل دو سیالی و تئوری سینتیکی جریان دانه‌ای برای مطالعه ماندگی ذرات جامد در جهت محوری و شعاعی در سه مقطع (h/H) 25/0، 58 /0 و 89/0، شبیه‌سازی شده است. شبیه‌سازی‌ها در سرعت‌های بالا انجام شده است. حرکت ذره‌ها و رفتار حباب‌ها درون بستر، پیش‌بینی ‌شده و با نتیجه ‌های تجربی و یافته‌های دیگر پژوهشگران مقایسه شده است. نتیجه‌ ها نشان می‌دهند که رفتار ذره ‌های جامد به سرعت گاز و نسبت قطر بستر به ارتفاع ایستایی آن بستگی دارد. نتیجه ‌های مدل به ‌شدت به مدل دراگ حساس است. مدل دراگ ارسطوپور بهترین نتیجه‌ ها را در سامانه ‌ی مورد بررسی از خود نشان می‌دهد. در سرعت ظاهری گاز m/s  1824/2، مدل درهم  k-eو جریان آرام برای فاز پیوسته استفاده شده و نتیجه ‌های این دو مدل با هم مقایسه شده‌اند. به‌ طور کلی مدل موجود تطابق قابل قبولی با نتیجه ‌های تجربی داشته و بهبود چشم‌گیری در کاهش خطا نسبت به کارهای گذشته را نشان می‌دهد. خطای محاسبه شده در این مطالعه در جهت شعاعی کمترین 8 درصد در بخش پایینی بستر، بیشترین 20 درصد در بخش بالای بستر و در جهت محوری 5 /4 می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] van Wachem B.G.M., Schouten J.C., Krishna R., van den Bleek C.M., Sinclair J.L., Comparative Analysis of CFD Models of Dense Gas-Solid Systems, AIChE J., 47, p. 1035 (2001).

[2] Patil D.J., van Sint Annaland M., Kuipers J.A.M., Critical Comparison of Hydrodynamics Models for Gas-Solid Fluidized Beds-Part I: Bubbling Gas-Solid Fluidized Beds Operated with a Jet, Chem. Eng. Sci., 60, p. 57 (2005).

[3] Patil D.J., van Sint Annaland M., Kuipers J.A.M., Critical Comparison of Hydrodynamic Models for Gas-Solid Fluidized Beds-Part II: Freely Bubbling Gas-Solid Fluidized Beds, Chem. Eng. Sci., 60, p. 73 (2005).

[4] Passalacqua A., Marmo L., A Critical Comparison of Frictional Stress Models Applied to the Simulation of Bubbling Fluidized Beds, Chem. Eng. Sci., 64, p. 2795 (2009).

[5] Hosseini S.H., Ahmadi G., Zivdar M., Rahimi R., Esfahany M.N., CFD Studies of Solids Hold-Up Distribution and Circulation Patterns in Gas-Solid Fluidized Beds, Powder Technol., 200, p. 202 (2010).

[6] Taghipour F., Ellis N., Wong C., Experimental and Computational Study of Gas-Solid Fluidized Bed Hydrodynamics, Chem. Eng. Sci., 60, p. 6857 (2005).

[7] Hosseini S.H., Zhong W., Esfahany M.N., Pourjafar L., Azizi S., CFD Simulation of the Bubbling and Slugging Gas-Solid Fluidized Beds, J. Fluids Eng. (ASME), 132, p. 41301 (2010).

[8] Hosseini S.H., Rahimi R., Zivdar M., Samimi A., CFD Simulation of Gas-Solid Bubbling Fluidized Bed Containing the FCC Particles, Korean J. Chem. Eng., 26, p. 1405 (2009).

[9] Hosseini S.H., Zivdar M., Rahimi R., CFD Simulation of Gas-Solid Flow in a Spouted Bed with a Non-Porous Draft Tube, Chem. Eng. Process., 48,p. 1539 (2009).

[10] Wang H., Yang W., Dyakowski T., Liu S., Study of Bubbling and Slugging Fluidized Beds by Simulation and ECT, AIChE J., 52 (9), p.3078 (2006).

[11] Zhu H., Zhu J., Li G., Li F., Detailed Measurements of Flow Structure Inside a Dense Gas-Solids Fluidized Bed, Powder Technol., 180, p. 339 (2008).

[12] Ahuja G.N., Patwardhan A.W., CFD and Experimental Studies of Solids Hold-Up Distribution and Circulation Patterns in Gas-Solid Fluidized Beds, Chem. Eng. J., 143, p.147 (2008).

[13] Cammarata L., Lettieri P., Micale G.D.M., Colman D., 2D and 3D CFD Simulations of Bubbling Fluidized Beds Using Eulerian-Eulerian Models, Int. J. Chem. Reactor Eng., 1 (2003).

[14] Xie N., Battaglia F., Pannala S., Effects of Using Two-Versus Three-Dimensional Computational Modeling of Fluidized Beds Part I, hydrodynamics, Powder Technol., 182, p. 1 (2008).

[15] Ranade V.V., “Computational Flow Modeling for Chemical Reactor Engineering”, First Edition, Academic Press, (2002).

[16] Syamlal M., O’Brien T.J., AIChE Symp Ser., 85, p.22 (1989).

[17] Syamlal M., Rogers W., O’Brien T.J., "Mfix Documentation: Volume I, Theory Guide", Technical Report DOE/METC-9411004, NTIS/DE9400087, (1993).

[18] Schaeffer D.G., Instability in the Evolution Equations Describing Incompressible Granular Fow, J. Diff. Eq., 66, p. 19 (1987).

[19] Lun C.K.K., Savage S.B., Jeffrey D.J., Chepurniy N., Kinetic Theories for Granular Flow: Inelastic Particles in Couette Flow and Slightly Inelastic Particles in a General Flow Field, J. Fluid Mech., 140, p. 223 (1984).

[20] Arastoopour H., Pakdel P., Adewumi M., Hydrodynamic Analysis of Dilute Gas-Solids Flow in a Vertical Pipe, Powder Technol., 62, p. 163 (1990).

[21] Huilin L., Yurong H., Wentie L., Jianmin D., Gidaspow D., Bouillard J., Computer Simulations of Gas-Solid Flow in Spouted Beds Using Kinetic-Frictional Stress Model of Granular Flow, Chem. Eng. Sci., 59 (4), p. 865 (2004).

[22] Du W., Bao X.J., Xu J., Wei W.S., Computational Fluid Dynamics (CFD) Modeling of Spouted Bed: Influence of Frictional Stress, Maximum Packing Limit and Restitution Coefficient of Particles, Chem. Eng. Sci., 61 (14), p. 4558 (2006).

[23] HulmeI., “Verification of the Hydrodynamics of a Polyethylene Fluidized Bed Reactor Using CFD and Imaging Experiments”, M. Sc. Thesis, University of Calgary, Calgary (2003).

[24] McKeen T., Pugsley T., Simulation and Experimental Validation of a Freely Bubbling Bed of FCC Catalyst, Powder Technol., 129, p. 139 (2003).

[25] Zhang K., Zhang H., Lovick J., Zhang J., Zhang B., Numerical Computation and Experimental Verification of the Jet Region in a Fluidized Bed, Ind. Eng. Chem. Res., 41, p. 3696 (2002).

[26] Clift R., Grace J.R. (Eds.), “Continuous Bubbling and Slugging”, Academic Press, London, (1985).

[27] Lin J.S., Chen M.M., Chao B.T., A Novel Radioactive Particle Tracking Facility for Measurements of Solids Motion in Gas Fluidized Beds, AIChE J., 31, p. 465 (1985).

[28] Laverman J.A., RoghairI., van Sint Annaland M., Investigation into the Hydrodynamics of Gas-Solid Fluidized Beds Using Particle Image Velocimetry Coupled with Digital Image Analysis, Can. J. Chem. Eng., 86, p. 523 (2008).

[29] Ding J., Gidaspow D., A Bubbling Fluidization Model Using Kinetic Theory of Granular Flow, AIChE J., 36, p. 523 (1990).

[30] Syamlal M., O’Brien T.J., Fluid Dynamic Simulation of O3 Decomposition in a Bubbling Fluidized Bed, AIChE J., 49, p. 2793 (2003).