بررسی هیدرودینامیک سانتریفیوژ گازی با استفاده از تحلیل CFD

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مهندسی شیمی

2 تهران، پژوهشگاه صنعت نفت ایران، پژوهشکده توسعه فرایند و فناوری تجهیزات

چکیده

با توجه به کاربرد سانتریفیوژها برای حذف آلاینده‌های گازی، دانش و شناخت دقیقی از رفتار جریان درون یک سانتریفیوژ، اهمیت و ضرورت زیادی برای طراحی و بهینه ‌سازی عملکرد آن دارد. در این پژوهش، هیدرودینامیک و انتقال گرمای سانتریفیوژ گازی در حالت ناپایا، سه بعدی و با فرض تراکم‌پذیری سیال با استفاده از روش CFD شبیه ‌سازی شده است. با توجه به چرخش دیواره خارجی سانتریفیوژ با سرعت بالا، دیدگاه چند قاب مرجع چرخان (MRF) با به‌ کارگیری مدل درهمی RNGk-e و RSM در مدل محاسباتی استفاده شده است. نتیجه‌های به دست آمده از مدل محاسباتی شامل توزیع فشار، سرعت، دما و الگوی جریانی حرکت سیال در سانتریفیوژ گازی می ‌باشد. مقایسه نتیجه ‌های به دست آمده از شبیه‌سازی CFD با استفاده از دو مدل اغتشاش RNG k-e و RSM نشان می‌دهد که اختلاف ناچیزی بین سرعت و فشار شعاعی سیال وجود دارد بنابراین با توجه به هزینه محاسباتی بالای مدل درهمی RSM، مدل درهمی RNG k-e برای بررسی ویژگی ‌های جریان درهم در سانتریفیوژ گازی مناسب می باشد. نتیجه ‌های به دست آمده از مدل محاسباتی نشان می ‌دهد که چرخش سیال در سانتریفیوژ، جریان خوراک ورودی و همچنین وجود مجراهای خروج جریان از بالا و پایین، ساختار جریان و حرکت محوری سیال در سانتریفیوژ گازی را به شدت تحت تأثیر قرار می ‌دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Golombok M., Bill K., Removal of CO2 from a Gas Stream Using An Experimental Centrifugr, Ind. Eng. chem, 44, p. 4721 (2005).
[2] Van Wissen R., Golombok M., Brouwers J.J.H., Separation of Carbon Dioxide and Methane in Continuous Countercurrent Gas Centrifuges, Chemical Engineering Science, 60, p. 4397 (2005).
[3] Cohen K., "The Theory of Isotope Separation as Applied to the Large Scale Production of U 235", McGraw-Hill, New York, (1951).
[4] Cloutman, L.D., Gentry R.A., "Numerical Simulation of the Countercurrent Flow in a Gas Centrifuge", Technical Report, Los Alamos National Laboratory, (1983).
[5] Park J.K., Hyun J.M., Numerical Solutions for Thermally Driven Compressible Flows in a Rapidly Rotating Cylinder, Fluid Dynamics Research, 6, p. 139 (1990).
[6] Harada I., A Numerical Study of Weakly Compressible Rotating Flows in a Gas Centrifuge, Nucl. Sci. Eng., 73, p. 225 (1980).
[7] Ungarish M., Israeli M., Axisymmetric Compressible Now in a Rotating Cylinder with Axial Convection, J. Fluid Mech., 154, p. 121 (1985).
[8] Kai T., Hasegawa K., Numerical Calculation of Flow and Isotop Separation for SF6 Gas Centrifuge, Journal of Nuclear Science and Technology, 37, p. 153 (2000).
[9] Dongjun J., Shi Z., CFD Simulation of 3D Flow Field in a Gas Centrifuge, 14th International Conference on Nuclear Engineering, Florida, USA, (2006).