پایان­نامه 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.. د
فهرست مطالب.. ‌ه
فهرست شکلها ‌ط
فهرست جداول. ‌ك
فهرست نمودارها ‌ك
علایم و اختصارات.. ‌م
چکیده 1
فصل 1 کلیات.. 3
1.1.مقدمه. 4
1.2.تحلیل رفتار سیالات.. 5
1.3.پیش زمینه پیدایش CFD.. 6
1.4. مقایسه روش های حل معادلات مکانیک سیالات.. 6
1.5. دینامیک سیالات محاسباتی.. 7
1.5.1. مراحل کاری CFD به طور کلی.. 8
1.5.2. مراحل کاری یک برنامه CFD در یک نگاه 9
1.5.3. یک برنامه  CFD  چگونه کار می کند؟ 10
1.5.4. نرم افزارهای CFD.. 16
1.6. جریان های فازی.. 16
1.6.1. رژیم های چندفازی.. 17
1.6.2. مثال هایی از سیستم های چندفازی.. 19
1.6.3. انتخاب یک مدل چند فازی.. 20
1.6.4. مقایسه مدل ها 22
فصل 2 مقدمه. 25
2.1.دورنما 25
2.2.انگیزه و هدف.. 28
2.3.حیطه و طرح کلی پایان نامه. 29
فصل 3 مروری بر تحقیقات.. 32
3.1. الگوهای جریان دو فازی گاز – مایع و نقشه رژیم در لوله های افقی و عمودی.. 32
3.1.1. الگوهای جریان و نقشه رژیم در جریان لوله عمودی.. 32
3.1.2. الگوی جریانی و نقشه رژیم در جریان لوله افقی.. 35
3.2. مشخصات جریان حبابی همدما در ستون حباب.. 39
3.3. مدلسازی موازنه جمعیتی برای جریان حبابی همدما 41
3.4. مکانیزم های برخورد حباب.. 47
فصل 4 فرمولاسیون عددی و مدل موازنه جمعیتی.. 50
4.1. مدل موازنه جمعیتی.. 50
4.1.1. معادله موازنه جمعیتی.. 50
4.1.2. مکانیزم های برخورد حباب.. 51
4.1.3. روشهای مدل موازنه جمعیتی.. 58
4.2. انتقال مومنتوم بین فازی.. 62
4.2.1. نیروی دراگ.. 63
4.2.2. نیروی برآ 63
4.2.3. نیروی لیزاننده دیواره 64
4.2.4. نیروی جرم مجازی.. 65
4.2.5. نیروی پراکندگی آشفته. 65
4.3. مدلسازی آشفته برای مدل دو سیالی.. 66
4.4. مدل دو سیالی و جمله بسته. 69
فصل 5 بررسی عددی تاثیر نیروهای بین سطحی روی جریان حبابی.. 71
5.1. مقدمه. 71
5.2. مدل ریاضی.. 74
5.2.1. انتقال مومنتوم بین سطحی به دلیل کشش… 74
5.2.2. مدل عدد چگالی متوسط حباب(ABND) 77
5.2.3. هسته های شکست و پیوستگی.. 77
5.3. جزئیات عددی و تجربی.. 79
5.4. نتایج و بحث.. 81
5.4.1. توزیع کسر خالی.. 81
5.4.2. قطر متوسط حباب.. 83
5.4.3. سرعت گاز متوسط زمانی.. 86
5.5. نتیجه گیری.. 88
فصل 6 مدلسازی جریان حبابی گاز – مایع افقی با استفاده از روش موازنه جمعیتی.. 91
6.1.مقدمه. 91
6.2.جزئیات عددی.. 93
6.3.نتایج و بحث.. 96
6.3.1.کسر خالی متوسط زمانی گاز 96
6.3.2.غلظت ناحیه بین سطحی متوسط زمانی(IAC) 98
6.3.3.سرعت متوسط زمانی گاز 99
6.4.نتیجه گیری.. 99
فصل 7 مدلسازی جریان حبابی عمودی گاز – مایع با استفاده از روش ربع مستقیم گشتاورها(DQMOM)) 102
7.1. مقدمه و فرمولاسیون ریاضی.. 102
7.2. مدلهای ریاضی.. 105
7.2.1. مدلهای DQMOM.. 105
7.2.2. جملات چشمه ای مدلهای DQMOM.. 107
7.3. توصیف تنظیمات آزمایش… 108
7.3.1. توصیف تنظیمات آزمایش های MTLOOP و TOPFLOW… 109
7.3.2. رشد اندازه مختلف حباب ایجاد شده با روشهای تزریق مختلف.. 110
7.4. جزئیات عددی.. 111
7.5. بحث.. 112
7.5.1. توزیع کسر خالی حباب.. 113
7.5.2. توزیع اندازه حباب.. 116
7.6. نتیجه گیری.. 118
فصل 8 نتیجه گیری.. 120
8.1. بررسی عددی تاثیر نیروی بین سطحی روی جریان حبابی.. 120
8.2. مدلسازی جریان افقی گاز – مایع با استفاده از ABND براساس روش موازنه جمعیتی.. 121
8.3. مدلسازی جریان حبابی گاز – مایع عمودی با استفاده از روش ربع مستقیم گشتاورها(DQMOM)) 122
8.4. توصیه های توسعه CFD و تحقیقات آینده در جریان دو فازی.. 122…
فهرست شکلها
شکل 1-1. فرم گسسته شده معادلات پایستگی.. 13
شکل 2-1. رژیم های جریان چندفازی. 18
شکل 1-3. الگوهای جریان جریان دو فازی هوا-آب در لوله عمودی.. 33
شکل 2-3. نقشه رژیم جریان برای جریان دو فازی هوا-آب در لوله عمودی ارائه شده توسط میشما و ایشی(1984) 41
شکل 3-3. الگوهای جریان دوفازی ها-آب در لوله افقی.. 36
شکل 4-3. نقشه رژیم جریانی دو فازی هوا-آب در لوله افقی ارائه شده توسط تایتل و دوکلر(1976). 38

این مطلب را هم بخوانید :

شکل 5-3. مشخصات جریان حبابی در جریان حبابی همدما 40
شکل 6-3. نمونه ای از مختصات داخلی و خارجی موازنه جمعیتی برای جریانهای گاز – مایع. 43
شکل 7-3. بیان گرافیکی روشهای کلاس (CM) 45
شکل 8-3.  بیان گرافیکی روش ربعی گشتاورها(QMOM). 46
شکل 9-3. بیان شماتیک مکانیزم های پیوستگی و شکستگی حباب ها 48
شکل 1-5. خط جریانی سرعت مایع اطراف حباب منفرد و تعداد حباب ها 72
شکل 2-5. جزئیات هندسی آزمایش هیبیکی و همکاران(2001) 78
شکل 3-5. نقشه رژیم جریانی و انتقال شرایط جریانی مطالعه شده در کار حاضر(چنگ و همکاران 2007). 79
شکل 4-5. توزیع مش مدل محاسباتی:آزمایش هیبیکی و همکاران(2001) 81
شکل 5-5. توزیع کسر خالی پیش بینی شعاعی و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) 82
شکل 6-5. توزیع قطر متوسط حباب پیش بینی شده و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) 85
شکل 7-5. پروفایل سرعت شعاعی گاز پیش بینی شده و داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001) 87
شکل 8-5. درصد خطای سرعت گاز متوسط زمانی در مقایسه با داده های تجربی هیبیکی و همکاران(2001). 89
شکل 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.. 92
شکل 2-6(a) جزئیات هندسی آزمایش کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) و (b) توزیع مش مدل محاسباتی سطح مقطع   94
شکل 3-6. توزیع کسرخالی گاز متوسط زمانی پیش بینی شده و داده های آزمایشگاهی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253. 95
شکل 4-6. توزیع غلظت بین سطحی متوسط زمانی پیش بینی شده و داده های تجربی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253. 97
شکل 5-6. توزیع سرعت گاز پیش بینی شده و داده های تجربی کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) در محل L/D=253. 98
شکل 1-7. بیان شماتیک آزمایش MTLOOP. 108
شکل 2-7. بیان شماتیک آزمایش TOPFLOW… 110
شکل 3-7. توزیع کسر خالی شعاعی پیش بینی شده و داده های آزمایشگاهی MTLOOP که توسط لوکاس و همکاران(2005) اندازه گیری شده است. 113
شکل 4-7. توزیع کسر خالی شعاعی پیش بینی شده و داده های تجربی TOPFLOW که توسط پراسر و همکاران(2007) اندازه گیری شده است. 114
شکل 5-7. توزیع اندازه حباب پیش بینی شده و داده های تجربی MTLOOP که توسط لوکاس و همکاران(2005) اندازه گیری شده است. 115
شکل 6-7. توزیع اندازه حباب پیش بینی شده و داده های تجربی TOPFLOW که توسط پراسر و همکاران(2007) اندازه گیری شده است. 117
فهرست جداول
جدول 1-1.مقایسه های روش های حل معادلات مکانیک سیالات.. 6
جدول 2-1.مثال های جریان های سیستم های چندفازی.. 19
جدول 1-4. سناریوهای جریان و جزئیات شرایط مرزی ورودی در شبیه سازی آزمایش هیبیکی و همکاران(2001) 80
جدول 1-5. سناریوهای جریان و جزئیات شرایط مرزی ورودی در شبیه سازی آزمایش کوکاموستافوگالاری و هونگ(1994) 93
جدول 1-6. اطلاعات شرایط جریان ورودی اعمال شده در شبیه سازی آزمایش MTLOOP و TOPFLOW… 112
فهرست نمودارها
نمودار 1-1.مراحل کاری یک برنامه CFD دریک نگاه 9
نمودار 2-1.روش Segregated. 14
نمودار 3-1. روش Coupled. 15
فهرست علایم و اختصارات

A	مساحت 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

زیرنویس ها

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