نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

شبیه‌سازی CFD و بررسی اثر زاویه بافل در فرآیند خشک کردن پنل‌های‌گچی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
عقیل قنبری
ابراهیم نجفی کانی
امیر حیدری
گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
چکیده
به دلایل گوناگون از جمله ساختار نامناسب خشک‌کن­ های تونلی، خشک‌شدن یکنواخت در پنل‌ها اتفاق نمی‌افتد و نیاز به اصلاح ساختار جریان در این خشک‌کن‌ها وجود دارد. بافل‌ها از جمله تجهیزاتی هستند که با اضافه‌شدن به ساختار خشک‌کن، به بهبود فرآیند خشک‌کردن کمک می‌کنند. هدف از این پژوهش، تلاشی برای شناسایی یک طرح مفهومی در جهت بهبود جریان هوا برای خشک‌شدن یکنواخت­ تر پنل‌های‌گچی است. تاثیر زاویه قرارگیری بافل و تغییر در هندسه خشک‌کن بر کاهش فشار، توزیع جریان و توزیع دما به همراه میزان رطوبت جسم در سطح پنل­ ها در محفظه هوای گرم خشک ­کن، با استفاده از دینامیک‌سیالات‌محاسباتی مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش از بافل‌هایی به شکل مستطیل و با زاویه‌های گوناگون برای کمک به یکنواختی جریان استفاده شد. مدل realizable k-ε برای شبیه‌سازی جریان آشفته همراه با مدل‌سازی تعداد کم رینولدز (LRNM) و تابع دیواره برای منطقه لایه مرزی مورد استفاده قرار گرفت. زاویه بیشتر (90 درجه) باعث افزایش سرعت، اختلاط و یکنواخت تر شدن جریان هوای روی صفحه ­های پنل نسبت به حالتی که دارای بافل با زاویه کمتر (30 درجه) است، می‌شود. زاویه‌ی بیشتر بافل همچنین باعث افزایش مقدار فشار (179 درصد)، میانگین سرعت (150 درصد)، انرژی جنبشی تلاطم (11.5 درصد) نسبت به حالت بافل با زاویه کمتر در جریان شد. بافل با زاویه کمتر نیز در این طراحی باعث شد مقادیر رطوبت و رطوبت نسبی در سطح (برای بافل با زاویه 90 درجه در طول پنل 3.7952 درصد و برای بافل با زاویه 30 درجه مقدار 3.7828 درصد) به میزان بیشتری کاهش یابد، ولی یکنواختی ایجاد شده در رطوبت این طراحی نسبت به زاویه 90 درجه کمتر بود. این مطالعه منجر به ایجاد دانشی در مورد تاثیر بافل بر پارامترهای گوناگون جریان هوا در جهت بهبود محتوای یکنواخت رطوبت محصول می‌شود که می‌تواند در طراحی‌‌های آینده به بهینه‌تر شدن طراحی خشک‌ها بیانجامد.
کلیدواژه‌ها
بافل
پنل‌گچی
شبیه‌سازی CFD
میزان خشک‌شدن
خشک‌کن تونلی

موضوعات

[1] Pabis S., Jayas D., Cenkowski S., Grain Drying: Theory and Practice. (1998).
[2] Law C.L., Tasirin S.M., Daud W.R,W., Geldart D., Effect of Vertical Baffles on Particle Mixing and Drying in Fluidized Beds of Group D Particles. China Particuology, 1(3): 115-118 (2003).
[3] Amanlou Y., Zomorodian A., Applying CFD for Designing a New Fruit Cabinet Dryer. Journal of Food Engineering, 101(1): 8-15 (2010).
[4] Samuelsson H., CFD Modeling and Design of an Air Heater Mixing System in a Gypsum Board Dryer, in Management and Engineering., Linköping University: Linköping, Sweden (2015).
[5] Böhner M., Barfuss I., Heindl A., Müller J., Improving the Airflow Distribution in a Multi-Belt Conveyor Dryer for Spice Plants by Modifications Based on Computational Fluid Dynamics. Biosystems Engineering, 115(3): 339-345 (2013).
[6] Chokphoemphun S., Pimsarn M., Thianpong C., Promvonge P., Heat Transfer Augmentation in a Circular Tube with Winglet Vortex Generators. Chinese Journal of Chemical Engineering, 23(4): 605-614 (2015).
[7] Zhang H., Deng S., Numerical Simulation of Moisture-Heat Coupling in Belt Dryer and Structure Optimization. Applied Thermal Engineering, 127: 292-301 (2017).
[8] Rezaei H., Lim C.J., Sokhansanj S., A Computational Approach to Determine the Residence Time Distribution of Biomass Particles in Rotary Drum Dryers. Chemical Engineering Science, 247: 116932 (2022).
[9] Afshari F., Khanlari A., Doğuş Tuncer A., Sözen A., Şahinkesen İ., Di Nicola G., Dehumidification of Sewage Sludge Using Quonset Solar Tunnel Dryer: An Experimental and Numerical Approach. Renewable Energy, 171: 784-798 (2021).
[10] Zannouni K., El Abrach H., Dhahri H., Mhimid A., Study of Heat and Mass Transfer of Water Evaporation in a Gypsum Board Subjected to Natural Convection. Heat and Mass Transfer, 53(6): 1911-1921 (2016).
[11] Hinze J.O., Uberoi M.S., Turbulence. Journal of Applied Mechanics, 27(3): 601-601 (1960).
[12] Thorpe G.R., The Application of Computational Fluid Dynamics Codes to Simulate Heat and Moisture Transfer in Stored Grains. Journal of Stored Products Research, 44(1): 21-31 (2008).
[13] Versteeg H.K. Malalasekera W., An Introduction to Computational Fluid Dynamics : The Finite Volume Method. 2nd ed. ed. 2007: Harlow.
[14] Defraeye T., Blocken B., Carmeliet J., An Adjusted Temperature Wall Function for Turbulent Forced Convective Heat Transfer for Bluff Bodies in the Atmospheric Boundary Layer. Building and Environment, 46(11): 2130-2141 (2011).
[15] Defraeye T., Houvenaghel G., Carmeliet J., Derome D., Numerical Analysis of Convective Drying of Gypsum Boards. International Journal of Heat and Mass Transfer, 55(9-10): 2590-2600 (2012).