مدل سازی پخش قطرات در شوینده ها ی ونتوری
چکیده
آلودگی هوا یکی از پیامد های اجتناب ناپذیر توسعه ی صنایع می باشد که پژوهشگران بسیاری در طی سالها به ارائه راه کارها و طراحی تجهیزات جهت کنترل آن پرداخته اند. یکی از پرکاربردترین تجهیزات کنترل آلودگی هوا شوینده های ونتوری می باشند که به علت ساختمان ساده، کاربرد آسان و بازده بالا در حذف ذرات ریز آلاینده مورد اقبال بسیاری از صنایع قرار گرفته اند. گرچه شوینده ی ونتوری برای حذف هر دو دسته آلاینده های گازی و ذرات به کار برده می شود، اما در حذف ذرات ریز نسبت به دیگر شوینده ها دارای بازده قابل ملاحظه تری است. بازده جمع آوری این شوینده در بیشتر موارد به بیش از %99 می رسد. در این شوینده مشابه با دیگر شوینده های خیس از یک مایع مناسب که در بیشتر موارد آب می باشد برای حذف ذرات آلاینده و جذب آلاینده های گازی استفاده می گردد. این دستگاه از بخش های همگرایی ، گلوگاه و واگرائی تشکیل شده است. مایع شستشو می تواند در ناحیه همگرائی و یا گلوگاه تزریق گردد. پس از برخورد گاز با سرعت بسیار بالا با مایع، افشانه ای از قطرات تولید می گردد که وظیفه ی حذف ذرات ریز را بر عهده دارد. در این شرایط حذف ذرات به عنوان وظیفه اصلی شوینده تحت تاثیر پارامتر های مختلف قرار می گیرد که مهمترین آنها چگونگی پخش قطرات در کانال است. از سوئی شکل هندسی کانال، نحوه تزریق مایع شوینده، تعداد جایگاه های تزریق و محل آنها، همچنین مقادیر پارامترهای مهم عملیاتی نظیر سرعت گاز و نسبت دبی مایع ورودی به دبی گاز تاثیر مستقیم بر چگونگی پخش قطرات خواهند داشت. برای رسیدن به پخش یکنواخت قطرات در کانال هر کدام از عوامل نام برده باید مقدار بهینه خود را داشته باشند. یک مدل کارآمد می تواند با شبیه سازی عملکرد شوینده ی ونتوری مقادیر بهینه متغیرهای موثر را تعیین نماید. با به کارگیری این مقادیر بهینه هزینه های عملیاتی شوینده کاهش داده می شود. هدف اصلی این تحقیق دست یافتن به یک مدل ریاضی است که بتواند در ابتدا پیش بینی درستی از پخش قطرات در کانال ونتوری در شرایط مختلف عملیاتی داشته باشد و در گام بعد قادر باشد تاثیر متغیرهای عملیاتی را بر پخش قطرات نشان دهد. گزارش حاضر بیان کننده روش و نتایج تحقیق بر روی پیش بینی صحیح پخش قطرات در شوینده های ونتوری می باشد. در فصل اول این تحقیق با اشاره به اهمیت طراحی بهینه تجهیزات آلودگی هوا، به معرفی شوینده ی ونتوری می پردازیم. در فصل دوم مجموعه مطالعات پیشین انجام شده در ارتباط با مدل سازی پخش قطرات در شوینده ی ونتوری مرور می گردد. جهت بررسی بهتر این مطالعات در قالب بخش های مختلف طبقه بندی شده است. در فصل سوم با تشریح مدل ریاضی توسعه داده شده و اجزای تشکیل دهنده آن، مشخصات سیستم مورد نظر بررسی می شود و فرضیات در نظر گرفته شده برای توسعه مدل ریاضی بیان می گردد. در ادامه مطالب به تشریح اجزای مدل ریاضی و توسعه معادلات بقاء می پردازیم و روابط مورد استفاده برای تعیین برخی پارامترهای مورد نیاز را معرفی می کنیم. در فصل چهارم با معرفی روش انتخاب شده برای گسسته سازی معادلات حاکم به تشریح محیط محاسبات عددی و چگونگی انجام محاسبات می پردازیم. سپس فرایند گسسته سازی معادلات حاکم با روش حجم کنترلی شرح داده می شود. همچنین شکل مناسب شرایط مرزی برای به کارگیری در حل عددی معرفی می گردد. در ادامه روش حل معادلات گسسته بیان می شود و سپس حل معادلات حاکم بر حرکت جت بررسی می گردد. در پایان نیز الگوریتم برنامه ی کامپیوتری تهیه شده تشریح می شود. در فصل پنجم نتایج اجرای برنامه کامپیوتری بیان خواهد شد. در ابتدا فرایند تولید شبکه ی محاسباتی تشریح می شود. در ادامه نتایج به کارگیری مدل k-? در لوله ی با سطح مقطع ثابت و کانال ونتوری ارائه می شوند. سپس سیستم آزمایشگاهی مورد استفاده و آزمایشات انجام شده را معرفی می کنیم. در بخش بعدی به بیان نتایج مدل سازی نفوذ جت در جریان گاز خواهیم پرداخت. در بخش پایانی نیز عملکرد مدل ریاضی توسعه داده شده جهت پیش بینی چگونگی پخش قطرات در شوینده ی ونتوری به تشریح مورد تحلیل واقع می شود. در فصل پایانی نیز راه کارهائی برای بهبود بخش های مختلف مدل و گسترش آن بیان می گردد.