دانلود پایان نامه:مدل سازی توزیع حباب ها در سیستم بستر شناور گاز- مایع به روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی شیمی

گرایش : ترمودینامیک و سینتیک

عنوان : مدل سازی توزیع حباب ها در سیستم بستر شناور گاز- مایع  به روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

 

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد "M.Sc."

(مهندسی شیمی ترمودینامیک و سینتیک)

 

عنوان:

مدل سازی توزیع حباب ها در سیستم بستر شناور گاز- مایع  به روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

 

استاد راهنما:

جناب آقای دکتر ایرج ناصر

 

استاد مشاور:

جناب آقای دکتر مهدی رفیع زاده

 

تابستان 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

سپاسگذاری.. دفهرست مطالب.. ‌هفهرست شکلها ‌طفهرست جداول. ‌کفهرست نمودارها ‌کعلایم و اختصارات.. ‌مچکیده 1فصل 1 کلیات.. 31.1.مقدمه. 41.2.تحلیل رفتار سیالات.. 51.3.پیش زمینه پیدایش CFD.. 61.4. مقایسه روش های حل معادلات مکانیک سیالات.. 61.5. دینامیک سیالات محاسباتی.. 71.5.1. مراحل کاری CFD به طور کلی.. 81.5.2. مراحل کاری یک برنامه CFD در یک نگاه 91.5.3. یک برنامه  CFD  چگونه کار می کند؟ 101.5.4. نرم افزارهای CFD.. 161.6. جریان های فازی.. 161.6.1. رژیم های چندفازی.. 171.6.2. مثال هایی از سیستم های چندفازی.. 191.6.3. انتخاب یک مدل چند فازی.. 201.6.4. مقایسه مدل ها 22فصل 2 مقدمه. 252.1.دورنما 252.2.انگیزه و هدف.. 282.3.حیطه و طرح کلی پایان نامه. 29فصل 3 مروری بر تحقیقات.. 323.1. الگوهای جریان دو فازی گاز - مایع و نقشه رژیم در لوله های افقی و عمودی.. 323.1.1. الگوهای جریان و نقشه رژیم در جریان لوله عمودی.. 323.1.2. الگوی جریانی و نقشه رژیم در جریان لوله افقی.. 353.2. مشخصات جریان حبابی همدما در ستون حباب.. 393.3. مدلسازی موازنه جمعیتی برای جریان حبابی همدما 413.4. مکانیزم های برخورد حباب.. 47فصل 4 فرمولاسیون عددی و مدل موازنه جمعیتی.. 504.1. مدل موازنه جمعیتی.. 504.1.1. معادله موازنه جمعیتی.. 504.1.2. مکانیزم های برخورد حباب.. 514.1.3. روشهای مدل موازنه جمعیتی.. 584.2. انتقال مومنتوم بین فازی.. 624.2.1. نیروی دراگ.. 634.2.2. نیروی برآ 634.2.3. نیروی لیزاننده دیواره 644.2.4. نیروی جرم مجازی.. 654.2.5. نیروی پراکندگی آشفته. 654.3. مدلسازی آشفته برای مدل دو سیالی.. 664.4. مدل دو سیالی و جمله بسته. 69فصل 5 بررسی عددی تاثیر نیروهای بین سطحی روی جریان حبابی.. 715.1. مقدمه. 715.2. مدل ریاضی.. 745.2.1. انتقال مومنتوم بین سطحی به دلیل کشش... 745.2.2. مدل عدد چگالی متوسط حباب(ABND) 775.2.3. هسته های شکست و پیوستگی.. 775.3. جزئیات عددی و تجربی.. 795.4. نتایج و بحث.. 815.4.1. توزیع کسر خالی.. 815.4.2. قطر متوسط حباب.. 835.4.3. سرعت گاز متوسط زمانی.. 865.5. نتیجه گیری.. 88فصل 6 مدلسازی جریان حبابی گاز - مایع افقی با استفاده از روش موازنه جمعیتی.. 916.1.مقدمه. 916.2.جزئیات عددی.. 936.3.نتایج و بحث.. 966.3.1.کسر خالی متوسط زمانی گاز 966.3.2.غلظت ناحیه بین سطحی متوسط زمانی(IAC) 986.3.3.سرعت متوسط زمانی گاز 996.4.نتیجه گیری.. 99فصل 7 مدلسازی جریان حبابی عمودی گاز - مایع با استفاده از روش ربع مستقیم گشتاورها(DQMOM)) 1027.1. مقدمه و فرمولاسیون ریاضی.. 1027.2. مدلهای ریاضی.. 1057.2.1. مدلهای DQMOM.. 1057.2.2. جملات چشمه ای مدلهای DQMOM.. 1077.3. توصیف تنظیمات آزمایش... 1087.3.1. توصیف تنظیمات آزمایش های MTLOOP و TOPFLOW... 1097.3.2. رشد اندازه مختلف حباب ایجاد شده با روشهای تزریق مختلف.. 1107.4. جزئیات عددی.. 1117.5. بحث.. 1127.5.1. توزیع کسر خالی حباب.. 1137.5.2. توزیع اندازه حباب.. 1167.6. نتیجه گیری.. 118فصل 8 نتیجه گیری.. 1208.1. بررسی عددی تاثیر نیروی بین سطحی روی جریان حبابی.. 1208.2. مدلسازی جریان افقی گاز - مایع با استفاده از ABND براساس روش موازنه جمعیتی.. 1218.3. مدلسازی جریان حبابی گاز - مایع عمودی با استفاده از روش ربع مستقیم گشتاورها(DQMOM)) 1228.4. توصیه های توسعه CFD و تحقیقات آینده در جریان دو فازی.. 122...فهرست شکلهاشکل 1-1. فرم گسسته شده معادلات پایستگی.. 13شکل 2-1. رژیم های جریان چندفازی. 18شکل 1-3. الگوهای جریان جریان دو فازی هوا-آب در لوله عمودی.. 33شکل 2-3. نقشه رژیم جریان برای جریان دو فازی هوا-آب در لوله عمودی ارائه شده توسط میشما و ایشی(1984) 41شکل 3-3. الگوهای جریان دوفازی ها-آب در لوله افقی.. 36شکل 4-3. نقشه رژیم جریانی دو فازی هوا-آب در لوله افقی ارائه شده توسط تایتل و دوکلر(1976). 38شکل 5-3. مشخصات جریان حبابی در جریان حبابی همدما 40شکل 6-3. نمونه ای از مختصات داخلی و خارجی موازنه جمعیتی برای جریانهای گاز - مایع. 43شکل 7-3. بیان گرافیکی روشهای کلاس (CM) 45شکل 8-3.  بیان گرافیکی روش ربعی گشتاورها(QMOM). 46شکل 9-3. بیان شماتیک مکانیزم های پیوستگی و شکستگی حباب ها 48شکل 1-5. خط جریانی سرعت مایع اطراف حباب منفرد و تعداد حباب ها 72شکل 2-5. جزئیات هندسی آزمایش هیبیکی و همکاران(2001) 78شکل 3-5. نقشه رژیم جریانی و انتقال شرایط جریانی مطالعه شده در کار حاضر(چنگ و همکاران 2007). 79شکل 4-5. توزیع مش مدل محاسباتی:آزمایش هیبیکی و همکاران(2001) 81شکل 5-5. توزیع کسر خالی پیش بینی شعاعی و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) 82شکل 6-5. توزیع قطر متوسط حباب پیش بینی شده و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) 85شکل 7-5. پروفایل سرعت شعاعی گاز پیش بینی شده و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) 87شکل 8-5. درصد خطای سرعت گاز متوسط زمانی در مقایسه با داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001). 89شکل 1-6. حرکت های حباب شماتیک ساده در جریان لوله افقی : ترکیب نیروهای محوری و شعاعی ، حباب ها نه عمودی حرکت می کنند و نه افقی.. 92شکل 2-6(a) جزئیات هندسی آزمایش کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) و (b) توزیع مش مدل محاسباتی سطح مقطع   94شکل 3-6. توزیع کسرخالی گاز متوسط زمانی پیش بینی شده و داده های آزمایشگاهی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253. 95شکل 4-6. توزیع غلظت بین سطحی متوسط زمانی پیش بینی شده و داده های تجربی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253. 97شکل 5-6. توزیع سرعت گاز پیش بینی شده و داده های تجربی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253. 98شکل 1-7. بیان شماتیک آزمایش MTLOOP. 108شکل 2-7. بیان شماتیک آزمایش TOPFLOW... 110شکل 3-7. توزیع کسر خالی شعاعی پیش بینی شده و داده های آزمایشگاهی MTLOOP که توسط لوکاس و همکاران(2005) اندازه گیری شده است. 113شکل 4-7. توزیع کسر خالی شعاعی پیش بینی شده و داده های تجربی TOPFLOW که توسط پراسر و همکاران(2007) اندازه گیری شده است. 114شکل 5-7. توزیع اندازه حباب پیش بینی شده و داده های تجربی MTLOOP که توسط لوکاس و همکاران(2005) اندازه گیری شده است. 115شکل 6-7. توزیع اندازه حباب پیش بینی شده و داده های تجربی TOPFLOW که توسط پراسر و همکاران(2007) اندازه گیری شده است. 117فهرست جداولجدول 1-1.مقایسه های روش های حل معادلات مکانیک سیالات.. 6جدول 2-1.مثال های جریان های سیستم های چندفازی.. 19جدول 1-4. سناریوهای جریان و جزئیات شرایط مرزی ورودی در شبیه سازی آزمایش هیبیکی و همکاران(2001) 80جدول 1-5. سناریوهای جریان و جزئیات شرایط مرزی ورودی در شبیه سازی آزمایش کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) 93جدول 1-6. اطلاعات شرایط جریان ورودی اعمال شده در شبیه سازی آزمایش MTLOOP و TOPFLOW... 112فهرست نمودارهانمودار 1-1.مراحل کاری یک برنامه CFD دریک نگاه 9نمودار 2-1.روش Segregated. 14نمودار 3-1. روش Coupled. 15فهرست علایم و اختصارات
Aمساحت سطح مقطع
 ضرایب دراگ
ضریب بلند کردن
ضریب پراکندگی آشفتگی
ضریب برخورد تصادفی
ضرایب تاثیر آشفتگی
بیشینه اندازه افقی حباب ها
قطر متوسط حباب
,نرخ اتلاف جرم به دلیل شکست و پیوستن
 عدد ایتوس
 عدد اصلاح شده ایتوس
 توزیع اندازه حباب
 نیروی کلی بین سطحی
 نیروی دراگ
 نیروی بلند کردن
 نیروی لیزاندن دیواره
 نیروی پراکندگی آشفتگی
 شتاب گرانشی
ضخامت فیلم
 گشتاور
 عدد چگالی متوسط فاز گاز
,نرخ تولید جرم به دلیل شکستگی و پیوستن
 نمادهای یونانی
کسر حجمی
 بیشینه مجاز کسر حجمی
εاتلاف انرژی جنبشی آشفتگی
ρچگالی
σتنش سطحی
ΦnRCنرخ تغییر عدد چگالی حباب به دلیل برخورد تصادفی
ΦnTIنرخ تغییر عدد چگالی به دلیل تاثیر گردابه های آشفتگی
ζطول
ωوزن
ψفرکانس پیوستن
Ωفرکانس شکست
ηفرکانس برخورد
ιبازده پیوستن
ζپارامتر اساسی در PBE
νویسکوزیته
 زیرنویس ها 
gفاز گاز
glانتقال کمیت ها از فاز مایع به فاز گاز
iکلاس اندازه حباب
jگروه سرعت
lمایع
lg      انتقال کمیت ها از فاز گاز به فاز مایع
gفاز گاز
glانتقال کمیت ها از فاز مایع به فاز گاز
iکلاس اندازه حباب
jگروه سرعت
lمایع
 

چکیده:

کلمات کلیدی : دینامیک سیالات محاسباتی ، حباب ، پیوستگی و شکست ، راکتورهای بستر شناور ، سیستم های چند فازی ،جریان های عمودی وافقی ، PBM ،DQMOM ،اخیراً راکتورهای بستر شناور گاز ـ مایع به خاطر کاربرد گسترده آنها در فرآیندهای شیمیایی، پتروشیمی و فرآیندهای زیست محیطی ، مورد توجه قرار گرفته اند .از طرفی با پیشرفت های صورت گرفته، در روش‌های محاسبــاتی و علم کامپیوتر، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)  به یک روش جدید  دارای پتانسیل بسیار زیادی برای درک اثر دینامیک سیالات در عملکرد راکتورهای شیمیایی تبدیل شده است . در این نوع راکتورها نقش حباب ها در فرآیندهای چند فازی ناشی از شکست و برخورد حباب ها ، اهمیت این مطالعه را توجیه می کند .در میان مدلهای مختلف عددی برای جریان دو فازی، مدل دو سیالی که دو فاز را با استفاده از دو مجموعه از معادلات انتقالی ردیابی می کند،  از مناسب ترین مدلها هستند. در مطالعه حاضر، توانایی مدل دو فازی و اصطلاحات بسته برای شبیه سازی شرایط جریان حبابی عمودی و افقی بررسی شده است. همچنین از یک مدل تعادلی برای ردیابی مکانیزم های برخوردی بین حباب ها / حباب ها و حباب ها/گردابه ها اتخاذ شده است.همچنین در این مطالعه، عملکرد رابطه تجربی ضریب کشش ارائه شده توسط سیمونت و همکاران (2007) بررسی شده است. این مدل با مدل ذرات سیال توزیع شده ارائه شده توسط ایشی- زوبر که به طور گسترده در بسته های نرم افزار تجاری استفاده شده است، مقایسه شده است. همچنین از سه متغیر شامل کسر خالی گاز، قطر متوسط حباب و سرعت گاز برای ارزیابی مدل با داده های تجربی هیبیکی و همکاران (2001) انتخاب شده است.مدل تعادلی جمعیتی (PBM) نقش مهمی در ارائه اطلاعات با توجه به توزیع اندازه حباب ها ایفا می کند. قبلا، روش کلاس ارائه شده توسط مدل (MUSIG) به عنوان یکی از روشهای مطلوب برای بررسی معادله تعادل جمعیتی (PBM) با گسسته کردن محدوده اندازه های پیوسته به دنباله های از کلاسهای اندازه گسسته در نظر گرفته می شود. در مقایسه با مدل MUSIG، مزیت عمده روش(DQMOM) این است که تعداد گشتاورهایی که باید حل شود، در کل کم است. در این پایان نامه، مدل DQMOM توسعه داده شده و در نرم افزار ANSYS FLUENT برای تطابق پیوستن و شکستگی حباب های گاز اجرا شده است. در آخرنتایج شبیه سازی با داده های تجربی MTLOOP و TOPFLOW  تایید شده است.

فصل اول : کلیات

1-1)  مقدمه

هر چند که در اوایل توسعه علم، ریاضی‌دانان به جای پیشگویی به دنبال یافتن روابط حاکم بر عملکرد سیستم‌های موجود بودند اما امروزه با پیشرفت‌های انجام شده، نسبت به دانشمندان علوم تجربی پیش‌قدم هستند. دانشمندان علوم تجربی گرچه با حل ریاضی پدیده‌ها آشنا هستند ولی برای آزمایش‌های خود با مشکلات زیادی مواجه می باشند. مهم‌ترین مسأله مربوط به دینامیک سیالات از نظر ریاضی مدت هاست حل نشده و آن‌هایی که حل شده‌اند نیز با مشکلات زمان زیاد برای انجام عملیات ریاضی مواجه هستند. با توسعه رایانه ها روز به روز این مشکل آسان و آسان تر می شود. و اینک پیچیده‌ترین این مسائل که بحث‌های مهم انتقال حرارت و سیالات می باشند از طریق رایانه قابل حل است. امروز علم دینامیک سیالات محاسباتی به صورت یک ابزار پرقدرت و توانا برای تحلیل رفتار جریان سیال و انتقال حرارت در سیستم‌های با هندسه پیچیده و معادلات حاکم پیچیده برای محققین و مهندسین درآمده است. پیچیدگی معادلات حاکم بر مسأله، تأثیر متقابل پدیده‌های فیزیکی مختلف، گذرا بودن اغلب مسائل مهندسی، بالا بودن هزینه های مربوط به تجهیزات آزمایشگاهی و محدودیت استفاده از دستگاه‌های اندازه‌گیری در بسیاری از مسائل علمی‌، از جمله دلایلی می باشد که استفاده از روش‌های تحلیلی و آزمایشگاهی را در مقایسه با روش‌های عددی محدود می‌کند. اگرچه مدل‌سازی راکتور تعیین پارامترهای هیدرودینامیکی آن امری ضروری به نظر می‌رسد. هیدرودینامیک این راکتورها به شدت متأثر از مقیاس عملکرد آن‌ها می باشد. (به دلیل کاربردهای وسیع این راکتورها در صنعت، تلاشهای زیادی جهت ارائه یک روش قابل اطمینان برای افزایش مقیاس صورت گرفته است.) در گذشته محققین جهت دستیابی به هیدرودینامیک این راکتورها به تجارب آزمایشگاهی می‌پرداختند. نتایج حاصل از این آزمایش‌ها لزوماً در مقیاس‌های بزرگ صحت نداشتند و لذا به عنوان قوانین افزایش مقیاس قابل کاربرد نبودند. به طور مثال تأثیرات دیواره‌ای یک راکتور کوچک بر حرکت، تشکیل و شکستن حباب‌ها مشخص است. همچنین واضح است که این تأثیر در راکتورهای بزرگ‌تر متفاوت می باشد. لکن میزان و چگونگی این تفاوت‌ها معلوم نیست و لذا بهترین راه دست‌یابی به هیدرودینامیک قطرهای بزرگ انجام آزمایش در راکتورهایی با همان قطر است که البته بسیار هزینه ‌بر می‌باشد که به کمک CFD[1] می‌توان راکتور را در اندازه واقعی شبیه‌سازی کرد و با توجه به نتایج حاصل به configuration و شرایط مناسب راکتور پیش بینی کرد .تعداد صفحه : 148قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید