مطالعه عددی هیدرودینامیک ذره‌ها در بسترهای شارانیده مخروطی با استفاده از CFD-DEM

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

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

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

چکیده

در این مطالعه، هیدرودینامیکی، بسترهای گاز-جامد مخروطی دارای ذره­ ها از نوع گلدارت D و B با قطرهای به ترتیب mm 2 و mm  287/0 با استفاده از نرم افزار دینامیک سیال­ های محاسباتی (CFD) فلوئنت 1/18 در حالت سه بعدی بررسی شده و نتیجه ­های به­ دست آمده از نرم افزار با داده های آزمایشگاهی مقایسه شدند. مدل فاز گسسته متراکم (DDPM) با بسته DEM به منظور در نظر گرفتن اثرهای تماس ذره- ذره در فاز ذره­ های مورد استفاده  قرارگرفت. فاز پیوسته نیز از روش اولرین در شبیه سازی استفاده شد که مدل آشفتگی پراکندهk-ԑ برای این فاز مورد استفاده قرارگرفت. مدل درگ گیداسپاو نیز برای محاسبه ضریب تبادل مومنتوم بین گاز- جامد استفاده شد. نتیجه ­های افت فشار و انبساط بستر مدل با داده های تجربی همخوانی قابل پذیرشی را نشان می دهند. نتیجه­ های توان تراکمی طیف سنجی در این سامانه­ ها نشان می دهد که فرکانس غالب برابر  Hz3/2 بوده که با سامانه­ های حبابی معمولی تفاوت دارد. با توجه به این­ که در زمینه بسترهای فواره ای مخروطی کارهای محدودی صورت گرفته است و به ­طور ویژه از دیدگاه لاگرانژی در این بسترها تاکنون کاری انجام نشده است، مطالعه حاضر که شبیه سازی سه بعدی بستر فواره­ای مخروطی است می تواند مبنای خوبی برای کارهای آینده در زمینه شبیه سازی CFD بسترهای مخروطی باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Sau D.C., Biswal K.C., Computational Fluid Dynamics and Experimental Study of the Hydrodynamics of Gas-Solid Tapered Fluidized Bed, Appl. Math. Model., 35:2265–2278 (2011).
[2] Shi Y.F., Yu Y.S., Fan L.T., Incipient Fluidization Condition for a Tapered Fluidized Bed, Ind. Eng. Chem. Fundam., 23:484–489 (1984).
[3] Peng Y., Fan L.T., Hydrodynamic Characteristics of Fluidization in Liquid-Solid Tapered Beds, Chem. Eng. Sci., 52:2277–2290 (1997).
[4] Depypere F., Pieters J.G., Dewettinck K., Expanded Bed Height Determination in a Tapered Fluidized Bed Reactor, J. Food Eng., 67:353–359 (2005).
[5] Karimi M., Vaferi B., Hosseini S.H., Rasteh M., Designing an Efficient Artificial Intelligent Approach for Estimation of Hydrodynamic Characteristics of Tapered Fluidized Bed from Its Design and Operating Parameters, Ind. Eng. Chem. Res., 57:259-267 (2018).
[6] Kim H.G., Lee I.O., Chung U.C., Kim Y.H., Fluidization Characteristics of Iron ore Fines of Wide Size Distribution in a Cold Tapered Gas-Solid Fluidized Bed, ISIJ Int., 40:16–22 (2000).
[7] Schaafsma S.H., Marx T., Hoffmann A.C., Investigation of the Particle Flow Pattern and Segregation in Tapered Fluidized Bed Granulators, Chem. Eng. Sci., 61:4467–4475 (2006).
[8] Sau D.C., Mohanty S., Biswal K.C., Minimum Fluidization Velocities and Maximum Bed Pressure Drops for Gas-Solid Tapered Fluidized Beds, Chem. Eng. J., 132:151–157 (2007).
[9] Sau D.C., Mohanty S., Biswal K.C., Critical Fluidization Velocities and Maximum Bed Pressure Drops of Homogeneous Binary Mixture of Irregular Particles in Gas-Solid Tapered Fluidized Beds, Powder Technol., 186:241–246 (2008).
[10] Abdelmotalib H.M., Ko D.G., Im I.T., A Study on Wall-to-Bed Heat Transfer in a Conical fFluidized Bed Combustor. Appl. Therm. Eng. 99:928-937 (2016).
[11] Enwald H., Almstedt A.E., Fluid Dynamics of a Pressurized Fluidized Bed: Comparison Between Numerical Solutions from Two-Fluid Models and Experimental Results, Chem. Eng. Sci., 54:329–342 (1999).
[12] 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., 140:223–256 (1984).
[13] Abdelmotalib H.M., Youssef M.A.M., Hassan A.A., Youn S.B., Im I.T., Influence of the Specularity Coefficient on Hydrodynamics and Heat Transfer in a Conical Fluidized Bed Combustor, Int. Commun. Heat Mass, 75:169–176 (2016).
[14] Abdelmotalib H.M., Im I.-T., Three Dimensional Modeling of Heat Transfer and Bed Flow in a Conical Fluidized Bed Reactor, Int. J. Heat Mass, 106:1335–1344 (2017).
[15] Lan X.Y., Xu C.M., Gao J.S., Al-Dahhan M., Influence of Solid-Phase Wall Boundary Condition on CFD Simulation of Spouted Beds, Chem. Eng. Sci., 69:419-430(2012).
[16] Taghipour F., Ellis N., Wong C., Experimental and Computational Study of Gas-Solid Fluidized Bed Hydrodynamics, Chem. Eng. Sci., 60:6857–6867 (2005).
[17] Hosseini S.H., Ahmadi G., Rahimi R., Zivdar M., Nasr Esfahany M., CFD Studies of Solids Hold-Up Distribution and Circulation Patterns in Gas-Solid Fluidized Beds, Powder Technol., 200: 202-215 (2010).
[18] Wang T., Xia Z., Chen C., Coupled CFD-PBM Simulation of Bubble Size Distribution in a 2D Gas-Solid Bubbling Fluidized Bed with a Bubble Coalescence and Breakup Model, Chem. Eng. Sci., 202:208–221 (2019).
[19] Wang H., Lu Y., Numerical Simulation of Bubble Behavior in a Quasi-2D Fluidized Bed Using a Bubble-Based EMMS Model, Particuology (2019).
[20] Stewart P.S.B., Davidson J.F., Slug Flow in Fluidised Beds, Powder Technol. 1:61-80 (1967).
[21] Lettieri P., Saccone G., Cammarata L., Predicting the Transition from Bubbling to Slugging Fluidization Using Computational Fluid Dynamics, Chem. Eng. Res. Design, 8: 939-944 (2004).
[22] Baeyens, J. Geldart, D., An Investigation into Slugging Fluidized Beds, Chem. Eng. Sci., 29: 255–265 (1974).
[23] Zhang H., Liu M., Li T., Huang Z., Sun X., Bo H., Dong Y., Experimental Investigation on Gas-Solid Hydrodynamics of Coarse Particles in a Two-Dimensional Spouted Bed, Powder Technol., 307:175–183 (2017).
[24] Jang, J., Arastoopour, H., CFD Simulation of a Pharmaceutical Bubbling Bed Drying Process at Three Different Scales, Powder Technol., 263:14-25 (2014).
[25] Mahmoodi B., Hosseini S.H., Olazar M., Altzibar H., CFD-DEM Simulation of a Conical Spouted Bed with Open-Sided Draft Tube Containing Fine Particles, J. Taiwan Inst. Chem. E. 81: 275-287 (2017).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار