10
ن ی ب ه لان سا ش ي ما ه ن می هار چ و ت س ب، ران ي ا( ک ي ن مکا ي س د ي ه م يل مل ل اISME2016 د، ر ي گاه ش ي د،دا ر ي، ران ي ا7 ت ي ا لغ9 ت س ه ب ن ارد1395 ISME2016-55279 ه ب" ب س وب ل ک ی س در رات د ش ي دا وه ج ح ن ي سرر ي ی و سار ن گی ي سی واسطه ها له ور يV ن د ي م ا1 مان ی ق م مد ح م، 2 رت ع ا رض لی ع، 3 1 هد ش م ي س ردو ف گاه ش ي ي، دا س د ي ه م کده ش ي، دا( ک ي ن کا د م ي ارس س ا ي س وی کار ح ش ي دا[email protected] 2 هد ش م ي س ردو ف گاه ش ي ي، دا س د ي ه م کده ش ي، دا( ک ي ن کا روه م گ اد ي س ا[email protected] 3 هد ش م ي س ردو ف گاه ش ي ي، دا س د ي ه م کده ش ي، دا( ک ي ن کا د م ي ارس س ا ي س کار[email protected] ده ي ک ج وب ل ک یm س ن ی m س( ن گی يm س طهm ی واس اm ه) دار1 ه ب ف ر m ش یV ب وع m ن ی ار ا وب ل ک ی س فm ل ت خ مدm ام ج رات د ار ار m ی دو ف ارm داس ی ج ی ا m وان نهm د ک بm ش ه ها وب ل ک یm س وع m ن ن ی. در ا د m دارن ر گ ن دm ک ن را ار ی ل اm گ ری چ یm گار ر ف رای m ي اm ه ن م اده ف تm س ا ت ن مگ رات د د ارm ام ج ار m دو ف ن ی ب اm طه مmل واس ا يm س ود m س در ت ع رm س ر وm ط ق ت نm س ي ه m و ن m ن مگ ه ا m ن ورتm ص ه m ن رات د ن ی ه اm ک ن م دا m يV ن رm ک ر م ت ال يm س ال يm س ی ل اm گ ه و چ ت ن ور کm ش ي و m ن یرا ي ا m ي نm. د m ي کب ن م ر ی m ی غ ت م ون ل ک یm س طه را درm واس ه ب ق m ش ا ان m رن ج ود m ج ا و m ه نm د ک m ي کب ي مدل ون ل ک ی س ر ک ر م وا در ه ه ت س ه ي و ش خ ر ج ار ي ک در ار د ف ت خ ن ی ی ا سار رم m ي طm وس ن هm ال ف م ن ی . در ا تm س وار ا m ش م د ه ا m و ن ت ن ن وm ل ف ار رm ف ا وm ش ک و تm سرا ي او ن دلات اm غ م ی ی ا يm س حا م لات ا يm س( ک m ي م ا ي ن د ده ار ا ف تm س ا س ب~ ب يm ش ي ولا ن ور ن دلات اm غ م لm جود دm ح م م ج ح روش ار درm ول ت ن ای رm ه ده س روسm له يm س ه و m ی ن ار m د ف m ت خ ال يm س د. m انط ووm ل ح م ال و يm س م ج حایm ه( ک m طه بmل واس ا ي سرای ي ا ي س را ن ی در اm. ت س ده ا ه مدل س ت س گس ار ف و ت ن مگ رات ع د m ی ور ن ن اm له يm س و نهm ده ک m ه س ت m س و ن ودی اف m ندm کm ردm لک م ع هm س ي ا ف م ود. m ش ي م ه تm س حا م انm ک ر مm ه طه درm ل واس ا يm س ی ل اm گ چ1 Dense Medium Cyclone (DMC) ي را بm س ا ي م ق ناm ط ی ت یر ج ن ج ن ا ي ن ا ده ن ی س ه سار ت" ب س ون ل ک ی س ن م ان ش ي ب ا دن دا س رج ي رات ر د ط ق ی و ل گا ر چ ی ن ا ن ن ی ت خ م ه دهد. وردm م ها ار ر می ک ر ط ق ا ن رات ده در د ص س خ ش م ه و~ ت ف ر گار ر ف ي سرر ي0.1 ن ل ي م ر می ن م رات د ش ي دا ي در ج م ک ر ی ن ا ی ن ل گا چ د ون m ش ر یm گ ر ر ي رات ه د m رچ ه ارد و گد ده ي کب m ن ی ي ع ت ل م ی عا ل گا چ ی ی را داده د ان ش ي ج ن ا ي ن ن ی ت خ م ه. ت س ری ا ی ال در يm س ت ک رm ج ط رات m س ه m د ن m طه دارنm ط واس m ی خ م ه m ن( ک m دب ر ي ی ل اm گ ه چm ک د. ی دارن ر ی س بm ي گ يس ي وا ون ل ک ی س دی ي کل های ه وار ن گی ي س واسطه ون ل ک ی س دار، ت ن س ون ل ک ی س، ون ل ک ی س دمه ف م الm ها در س ون ل ک یm س1950 ال يm س د ارm ام ج ار m ی ف ارm داس رای جm ي ل ي ل د m ی ن ی ا ي م ی m س ع ی ا يm ص و ادنm غ مدهای در ر یm س گرد يارmه کm د ک دن m ه س~ ت خ سا] د m ردن ک دا m يV ن م ک هی ت ن رm هلا و ا m ن ش ي ا m ح ن گ، انm س ری ا ي ارm ک1 ون ل ک یm س.[ روط m ج م( ک m ه ب m ه نm ده ک m ل س ي ک m ش يm ه وان تm س ا( ک m ب ه ارm ک تm س لهای ا يm س و ه وان تm سی الا ا ورودی در ن( ک ب ن ی س دا ا نً ولا م ع م و ت س ده ا ل س ص ی م ي س ما م ل ک m ش ه m ن ان m رن ج ال يm س ار m ش ف روی ی m ن ده ار ا ف تm س ا ا m د ن m وان ن ي م1

ISME2009- Paper Formatting and Preparationprofdoc.um.ac.ir/articles/a/1062061.docx · Web viewسیکلون وسیله ای است که از یک استوانه تشکیل شده که

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ISME2009- Paper Formatting and Preparationprofdoc.um.ac.ir/articles/a/1062061.docx · Web viewسیکلون وسیله ای است که از یک استوانه تشکیل شده که

ISME2016المللی مهندسي مکانيک ايران،بیست و چهارمین همايش ساالنه بین1395 ارديبهشت 9 لغايت 7ايران، یزد،دانشگاه یزد،

ISME2016-55279

های واسطه سنگینسازی و بررسی نحوه جدایش ذرات در سیکلونشبیه3،علیرضا عرب2، محمد مقیمان1امید پیله ور

[email protected]دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد 1 [email protected]استاد گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد2

[email protected] کارشناسی ارشد مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد3

چکیده ن""وع1دار(ه""ای واس""طه س""نگین )ش""یب س""یکلون ها هستند که توانایی جداسازیای از سیکلونپیشرفته

دو فاز از ذرات جامد مختلف را از یکدیگر دارن""د. در ه""ا ب""رای قرارگ""یری چگ""الی س""یالاین ن""وع س""یکلون

واسطه ما بین دو فاز جامد از ذرات مگنت اس""تفاده شود که این ذرات به صورت ناهمگن و به نسبتمی

کنن""د.قط""ر و س""رعت در س""یال تمرک""ز پی""دا می بن""ابراین ویس""کوزیته و چگ""الی س""یال واس""طه را در

یکنند که با وجود جری""ان آش""فتهسیکلون متغییر می س""ازی اینچرخشی و هسته هوا در مرکز سیکلون مدل

چن""د ف""از در کن""ار هم دش""وار اس""ت. در این مقال""ه افزار فلوئنت و ب""ا اس""تفاده از دینامی""کتوسط نرم

سیاالت محاسباتی مع"ادالت ناویراس"توکس و مع"ادالت های رینولدز از روش حجم محدود ح""لتوربوالنسی تنش

ه""ای حجماند. سیال چند فازی به وسیله روششده سیال و مخلوط و فاز گسسته مدل شده است. در

این راس""تا ب""رای س""یال واس""طه ی""ک ک""د ی""ودی اف نوشته شده ک""ه بوس""یله آن توزی""ع ذرات مگنت و

چگالی سیال واسطه در هر مکان محاس""به می ش""ود. مقایسه عملکرد س""یکلون ش""بیه س""ازی ش""ده ب"ا

دهد. همچنیننتایج تجربی تطابق مناسبی را نشان می ه""ا م""وردت""اثیر چگ""الی و قط""ر ذرات برج""دا ش""دن آن

بررسی قرار گرفته و مشخص ش""ده در ذرات ب""ا م""تر چگ""الی ت""اثیر کمی در میلی0.1قط""ر کم""تر از

گذارد و هرچ""ه ذرات بزرگ""تر ش""وندجدایش ذرات می تری است. همچنین نتایج نشانچگالی عامل تعیین کننده

داده ذراتی ک""ه چگ""الی نزدی""ک ب""ه محی""ط واس""طه دارند به شرایط حرکت سیال در س""یکلون وابس""تگی

بیشتری دارند.

واژه های کلیدی سیکلون، سیکلون شیب دار، سیکلون واسطه

سنگین

مقدمه برای جداسازی فاز جامد1950سیکلون ها در سال

از س""یال س""اخته ش""دند ک""ه ک""اربرد گس""ترده ای در مع""ادن و ص""نایع ش""یمیایی ب""دلیل ک""اربری آس""ان،

]. س""یکلون1گنجایش باال و هزینه ی کم پی""دا کردن""د[ وسیله ای است که از یک استوانه تش""کیل ش""ده ک""ه به یک مخروط متصل شده است و معموال با داشتن

می یک ورودی در ب"االی اس"توانه ب"ه ش"کل مماسی توان""د ب""ا اس""تفاده از ن""یروی فش""ار س""یال جری""ان

چرخشی بوج"ود آورد ک""ه ب"ا اس"تفاده از این ن"یروی س""انتریفیوژ ذرات س""نگین ت""ر ب""ه س""مت دی""واره ی سیکلون رانده می شوند و به سمت پایین س""یکلون ته نشین می شوند و در خروجی پ""ایین س""یکلون ب""ه دام می افتند، اما ف"از س"بکتر ب"ا اس"تفاده از جری"ان برگش""تی ک""ه در وس""ط س""یکلون بوج""ود می آی""د ب""ه س"مت ده"انه ی ب"االی س"یکلون رفت""ه و از آن خ"ارج می شود. سیکلون ها را می توان به دو دس""ته ی کلی سیکلون های قائم و شیب دار تقسیم ک""رد. س""یکلون های قائم عموما برای جداسازی فاز جامد از س""یال کاربرد دارند ک""ه در جداس""ازی ش""ن و ماس""ه از آب مص""رفی ش""هرها و گ""رد و غب""ار از ه""وای خ""روجی

ش"وند.کارخانه ها مانند کارخان"ه س"یمان اس""تفاده می اما هنگامی که بخواهند ذرات مختل""ف ف""از جام""د را از هم ج"""دا کنن"""د ی"""ا عی"""ار ب"""رخی از این ذرات را افزایش دهند از سیکلون های ش"یب دار ک""ه عموم"ا ب""ه س""یکلون ه""ای واس""طه س""نگین معروف ان""د، اس""تفاده می کنن""د. این س""یکلون ها ب""رای جداس""ازی زغ""ال س""نگ از س""نگ ریزه ه""ای هم""راه آن و ی""ا در فرآیندهای شیمیایی برای افزایش عیار ماده ی مورد نظر در مقابل ناخالصی های همراه آن اس""تفاده می شوند. این سیکلون ها را واسطه سنگین نامن""د زی""را برای جداسازی ذرات جامد از هم باید چگالی محیط سیال واسطه ک""ه در س""یکلون ج""اری اس""ت م""ا بین چگالی ذره ی مورد نظر ب""ا ذرات ناخ""الص باش""د، از این رو بای""د س""یالی س""نگین تر از آب و ه""وا در این کاربردها استفاده شود و همچنین این س""یکلون ها را مایل می سازند تا نیروی وزن در خروج ذرات سبکتر )که از باالی سیکلون خارج می شوند( ت"أثیر کم""تری داشته باشد. هرچند که ب""ا زاویه دار ک""ردن س""یکلون رژیم جری""ان در داخ""ل آن کمی تغی""یر می کن""د ک""ه می تواند با توجه به زاویه س""یکلون، قط""ر و چگ""الی ذرات عمل جداسازی را مختل و یا تقویت کن""د. ل""ذا ب""رای جداس""ازی بهین""ه بای""د زاویه ی بهین""ه س""یکلون

]. ب""ا این ک""ه اس""اس ک""ار و ط""راحی2تع""یین ش""ود[ سیکلون ساده است، اما بدلیل وجود جریان آش""فته چرخشی و حضور ذرات ب""ا قط""ر و چگ""الی مختل""ف

س""ازیآن را پیچیده می کن""د. از این رو ب""رای ش""بیه باید مدل توربوالنی مناس""ب ب""رای جری""ان آش""فته و مدلی مناسب برای جریان چند فازی انتخ""اب ش""ود. مق""االت زی""ادی ب""رای م""دل س""ازی جداکنن""دگان سیکلونی وجود دارد که تعداد زیادی از آن ها از نتایج

( برای تأیید اعتبار استفاده کردند.1986) کار هسیه یک سیکلون با محی""ط واس""طه ی هسیه در این کار،

1 Dense Medium Cyclone (DMC)

1

Page 2: ISME2009- Paper Formatting and Preparationprofdoc.um.ac.ir/articles/a/1062061.docx · Web viewسیکلون وسیله ای است که از یک استوانه تشکیل شده که

میلی متر مطالع""ه ک""رد ک""ه75تک فازی را با قطر توانست پروفیل سرعت، آشفتگی و سرعت نس""بی

]. اک""ثر1ذرات نسبت ب""ه یک""دیگر را پیش بی""نی کن""د[ مقاالت حال حاضر بی""ان می کنن""د ک""ه جری""ان داخ""ل س""یکلون دارای پیچی""دگی ها و نامتقارنی ه""ای زی""ادی

از عه""ده ی آن ب""ر نمی آی""د. ل""ذا k-ɛ است که م""دل حداقل باید از مدل تنش های رینولدز برای پیش بینی

در ]. سواس""نابار3,4مناسب سرعت اس""تفاده ک""رد[ را ب""رای س""یکلون هس""یه ک""الیبرهk-ɛتز خ""ود م""دل

]. دینامی""ک س""یاالت محاس""باتی می توان""د5ک""رد[

خصوص"یات جری"ان و مس"یر عب"وری ذرات را مانن"د k-ɛپیش بی""نی کن""د، ولی م""دل افت فش""ار بخ""وبی

برای جریان های ب"ا چ""رخش زی"اد RNGاستاندارد و ]. هرچن""د ک""ه ب""رای ک""اهش6بهینه س""ازی نش""ده اند[k-ɛهزینه محاسبات، مدل RNG 12 می تواند ب""ا%

خطا در مقایسه با داده های تج""ربی اس""تفاده ش""ود[7 .[

دار ب""اهای ش""یبسازی سیکلون هدف این مقاله شبیه جریان گاز-مایع-جامد با محاسبه دقی""ق توزی""ع ذرات مگنت و اث""رش ب""ر چگ""الی مک""انی س""یال واس""طه

0ه"ای رینول"دزاست، که ب""رای این مهم از م""دل تنش و م""دل0های حجم سیالبرای شبیه سازی جریان و مدل

برای شبیه س""ازی فازه""ای مختل""ف س""یال0مخلوط استفاده خواهد شد. در نهایت اثر چگالی و قطر ذرات

ها مورد بررسی قرار خواهد گرفت.در جدا شدن آن

تئوری سیکلون سیکلون ها اساسا برای جداسازی ذرات از فاز سیال استفاده می شوند که مکانیک سیالت و

معادالت انتقال می توانند رفتار سیکلون را تشریح کنند. در صورتی که یک ذره مجزا را در سیکلون در

نظر بگیریم، با فرض کروی بودن آن و وجود

شرایط پایا و صرف نظر کردن از گردابه ها و اغتشاشات آن را بررسی کنیم، آنگاه ذره در اثر حرکت در سیال و چرخیدن حول محور سیکلون،

تحت تاثیر نیروهای درگ، گریز از مرکز و اختالففشار الیه های سیال )نیروی شناوری( قرار می گیرد.

طبق قانون استوکس نیروی درگ برابر است با:(1)Fd=−6π r pµV r

نیروی گریز از مرکز برابر است با:

(2)F c=m

V t2

r=4

3π ρp r p

3 V t2

r هاینیروی شناوری یا همان نیروی اختالف فشار الیه

یاب""د، در جهتسیال که در راستای شعاع افزایش می عکس نیروی گری"ز از مرک"ز ذره اس"ت. ب"ه عب"ارت دیگر این نیرو بر حجمی از س""یال عم"ل می کن""د ک""ه

وجود ندارد و ذره آن حجم را اشغال کرده است.(3)

Fb=−V p ρfV t

2

r=−4

3π ρ f r p

3 V t2

r باتوج""ه ب""ه ق""انون دوم نیوت""ون در راس""تای ش""عاعی

خواهیم داشت:(4)

md V rdt

=Fd+Fc+Fb برای ساده سازی اگر فرض کنیم که ذره به سرعت نه""ایی خ""ود رس""یده باش""د، آنگ""اه ش""تاب آن ص""فر

( تبدیل می شود به:4می باشد. لذا معدله )(5)Fd+F c+Fb=0

( در )3( و )2(، )1حال با جایگزین کردن معادالت )( سرعت شعاعی ذره را بدست می آوریم:5

( ب""ه خ""وبی درک می ش""ود ک""ه اگ""ر6 از رابط""ه ) چگالی ذره بیش از سیال باش""د، س""رعت ذره مثبت است و در جهت شعاع به سمت دیواره ح""رکت می کند. و اگر چگالی ذره کمتر از سیال باش""د، ذره ب""ه س""مت مرک""ز می رود ک""ه این عم""ل ب""اعث ج""دایش

ذرات سبک تر و سنگین تر از سیال می شود. اما مشخص است ک""ه س""اده س""ازی های زی""ادی ص""ورت گرفت""ه و ب""رای پیش بی""نی مناس""ب رفت""ار سیکلون باید از روش های دقیق استفاده کرد ک""ه ب""ا توجه به شرایط مسئله باید سراغ حل ه""ای دینامی""ک

سیاالت محاسباتی رفت.

معادالت حاکم معادالتی که پردازش حل کامپیوتری بر اساس آن ها شکل گرفته است، معادالت بقای جرم، قانون دوم نیوتون و بقای انرژی است. فرم کلی معادله بقای

جرم و معادله ممنتوم که در دینامیک سیاالتاستفاده می شود، موسوم به معادالت ناویر-

استوکس است. در سیکلون ها نیز معادالت بقای جرم و ناویر استوکس اصلی ترین شکل معادالت

اند.

چون جریان داخل سیکلون متالطم است، از این رو ب""رای ش""بیه س""ازی این جری""ان از م""دل تنش ه""ای رینولدز استفاده می شود. در این مدل هر متغ""یر ب""ه دو قس""مت متوس""ط و نوس""انی تقس""یم می ش""ود.

گ"یری ش""دهمعادله ممنتوم ب"ه این ص"ورت متوس""طاست:

)که ترم u v در آن موسوم به تنش رینولدز اس""ت و ( احتیاج به مدل س""ازی دارد. ب"رای ه"ر تنش رینول"دز

یک معادله انتقال حل می شود.

0 RSM0 Volume Of Fluid (VOF)0 Mixture

2 ISME2011, 10-12 May, 2011

(6)V r=

29r p

2

µV t

2

r(ρp−ρf )

(7)

(8)ρ D VDt

=ρ g−∇ P+μ∇2 V

(9)u ∂u

∂ x+v ∂u

∂ y=− ∂

∂ x ( peρ )+ν ∂2u∂ y2 − ∂

∂ y(u' v ' )

Page 3: ISME2009- Paper Formatting and Preparationprofdoc.um.ac.ir/articles/a/1062061.docx · Web viewسیکلون وسیله ای است که از یک استوانه تشکیل شده که

معادالت ذرات جامد برای پیش بینی مسیر حرکت فاز جامد از س""ه روش

0 و م""دل ف""از گسس""ته0 مخل""وط0م""دل حجم س""یال ب""رای) VOF( م""دل حجم س""یال اس""تفاده می ش""ود.

مدل سازی دو یا چند سیال مختلف که باهم مخلوط ش""وند و در س""طح مش""ترکی ب""اهم در تماس""ندنمی

شود. در این مدل ی""ک دس""تگاه مع""ادالتاستفاده می ش""ود و چ""ون فازه""ا درممنتوم بین فازها تقس""یم می

روند تنها در مرز مشترک س""یال، در ه""رهم فرو نمی سلول امکان وجود بیشتر از یک فاز وج""ود دارد. ب""ه همین دلیل ضریبی در مع""ادالت بق""ای ج""رم ب""ه ن""ام

(qα) حجم کسری فاز سیال وجود دارد که در م""رز سیال ها مقداری بین صفر و یک اختیار میکند.

(11

)

1ρq

¿

(12

)

∂∂t

(ρ v )+∇ . (ρ v v )=−∇ p+∇ . [µ (∇ v+∇ vT ) ]+ρ g+ F

مدل مخلوط برای دو ی""ا چن""د ف""از مخل""وط ش""ونده استفاده می شود. این مدل ب""رهم کنش بین ذرات و سیال را به خوبی در نظر می گیرد و معادله ممنتوم

مخلوط را حل می کند:(

13)

∂∂ t ( ρm )+∇ . ( ρmvm )=0

چگ""الیρm س""رعت متوس""ط ذره وvmدر آن ب""ردار مخلوط است.

در روش مدل ف""از گسس""ته مس""یر ح""رکت ذره سوار بر سیال نمایش داده می شود که بر هم کنش می""ان ذرات ب""ا هم را در نظ""ر نمی گ""یرد و در رژیم جری""ان س""یال ت""اثیر نمی گ""ذارد. ل""ذا دقت پ""ایین تری دارد و برای م""واقعی اس""تفاده می ش""ود ک""ه درص""د

% باش""د.12حجمی ذرات شناور در س""یال ح""داکثر معادله آن بدین صورت است:

FD در آن (u−up ن"""""یروی درگ وارد ب"""""ر ذره، (gx (ρp−ρ)

ρp نیروی ناش""ی Fxنمایانگر نیروی وزن و

از اختالف فشار الیه ه""ای س""یال اس""ت. اهمیت این مدل در این است که با مشخص شدن رژیم س""یال، مس""یر ح""رکت ذرات مش""خص می ش""ود و زم""ان و

محاسبات کمتری احتیاج دارد.

نتایج

برای شبیه سازی از نرم افزار فلوئنت و شبکه س""ه بعدی تولید شده در گمبیت استفاده شده است. ک""ه ب"""رای ح"""ل جری"""ان داخ"""ل س"""یکلون از مع"""ادالت پیوستگی، ممنتوم و مع"ادالت اغتشاش"ات تنش ه"ای رینولدز استفاده شده اس""ت. در اینج""ا ب""رای ورودی س"""یکلون ش"""رط م"""رزی س"""رعت ورودی و ب"""رای خروجی های سیکلون شرط فش""ار خ""روجی انتخ""اب شده است. برای مدل سازی ذرات داخ""ل س""یکلون، ذراتی که در ابعاد میکرومتر ب""رای اف""زایش چگ""الی

ان""د از م""دل مخل""وط، وسیال واسطه استفاده شده ذراتی که در ابعاد سانتی متر بودند و باید از هم جدا

شدند، )جداسازی زغال از سنگ ریزه ه""ای هم""راهمیآن( از مدل فاز گسسته استفاده شده است.

کانتور چگالی بدس""ت ام""ده ب""ا ک""ار تج""ربی اق""ای ش""ود. ک""ه این توزی""عتایید اعتب""ار می]"" 8[سوبرمانیان

چگ""الی ب""ه علت تزری""ق ذرات مگن""تیت ب""ا چگ""الی به اب است ک""ه در ابع""اد میک"رون هس""تند.5نسبی

این ذرات در چهار رنج قط""ری ب""ه اب وارد میش""وند که چون در ابعاد میکرون هستند مانند ن""انو ذرات در

شوند و در در میدان حل تمرکزاب همگن پخش نمی پیدا میکنند و موجب تغی""یر ویس""کوزیته و چگ""الی ان

درص""د10محل از سیال واسطه میشوند. این ذرات وارد اب شده اند که چگالی میانگین س""یال واس""طه

ان""د. ایش""ی و رس""انده1.4را ب""ه چگ""الی نس""بی رابطه بین چگالی و ویسکوزیته سیال را]" 9[میشیما

به صورت تجربی برای محیط واسطه بدس""ت اورده نوشته ش"د ت"ا ب"ه UDFاند، که برای این منظور کد

وسیله آن چگالی محیط واسطه شبیه سازی شود.

0 Volume Of Fluid (VOF)0 Mixture Model0 Discrete Phase Model (DPM)

3 ISME2011, 10-12 May, 2011

(14

)

du pdt

=F D (u−u p )+gx (ρp−ρ)

ρp+F x

Page 4: ISME2009- Paper Formatting and Preparationprofdoc.um.ac.ir/articles/a/1062061.docx · Web viewسیکلون وسیله ای است که از یک استوانه تشکیل شده که

4 ISME2011, 10-12 May, 2011

( مش تولیدb( ابعاد سیکلون a: 1 شکل شده در گمبیت

Page 5: ISME2009- Paper Formatting and Preparationprofdoc.um.ac.ir/articles/a/1062061.docx · Web viewسیکلون وسیله ای است که از یک استوانه تشکیل شده که

: کانتور چگالی محیط واسطه3شکل

5 ISME2011, 10-12 May, 2011

: پارامترها و شرایط مرزی مورد استفاده در1جدول شبیه سازی

Page 6: ISME2009- Paper Formatting and Preparationprofdoc.um.ac.ir/articles/a/1062061.docx · Web viewسیکلون وسیله ای است که از یک استوانه تشکیل شده که

: کانتور چگالی بدست امده از پرتو نگاری اشعه4شکل]8گاما سوبرمانیان [

6 ISME2011, 10-12 May, 2011

(b 1.1 ذره با چگالی نسبیa) 8 میلی متر در چهار چگالی مختلف 0.1: تزریق ذرات با قطر 5شکل1.7 ذره با چگالی نسبی d) 8 1.5 ذره با چگای نسبی c) 8 1.3 ذره با چگالی نسبی 8

ها: گراف نحوه شبیه سازی و استفاده از مدل2شکل

نماپارامترفازمقدارواحدد

جامد)زغال(

توزیع چگالیرنج قطر

سرعت ورود

𝜌d_

kg/m3

mmm/s

1100 -1300-1500 - 170010 -1 -0.1

2.485

چگالیهواویسکوزیته

𝜌µ

kg/m3

kg/m/s1.225

10-5*1.8

آبچگالی

ویسکوزیته )شرط سرعت ثابت(

سرعت ورود

𝜌µ_

kg/m3

kg/m/sm/s

998.20.0012.485

مگنتیتچگالی

قطر)درصدحجمی(ویسکوزیته

سرعت ورود

𝜌_µ_

kg/m3

mµkg/m/s

m/s

4945(6%)2( -10%)7( -19%)15( -38%)32( -

17%)54( -10%)82]9[اایشی و میشیم

2.485مخلوطورودیچگالی

)شرط فشار ثابت( فشاردرخروجیباال

)شرط فشار ثابت( فشاردرخروجیپایین

___

kg/m3

PaPa

1467101325101325

Page 7: ISME2009- Paper Formatting and Preparationprofdoc.um.ac.ir/articles/a/1062061.docx · Web viewسیکلون وسیله ای است که از یک استوانه تشکیل شده که

5شکل مسیر

حرکت ذره8

با قطر0.1 مترمیلی

است، که این

ذرات با چهار

چگالی اند.نسبی مختلف در چهار سیکلون وارد شده

شود علیرقم تغییر چگالی در هر حالت،مشاهده می پنج ذره از خروجی باال و سه ذره از خروجی پایین

خارج میشود. که این بدان معنی است که در ذرات میلی متر چگالی ذرات نقش0.1با ابعاد کوچکتر از

کنند. اما چگالی ذرات درمهمی در جدایش ایفا نمی

ها تاثیر گذار بوده و بامسیر حرکت و زمان ماند آن ذرات تعداد دور1.7افزایش چگالی نسبی به

بیشتری برای خروج از پایین طی کرده اند. 1 ذره اما با قطر 8 نیز مسیر حرکت 6 شکل

متر است، که این ذرات با چهار چگالی نسبیمیلی-اند. مشاهده میمختلف در چهار سیکلون وارد شده

)چگالی1.4شود که در چگالی های نسبی کمتر از سیال واسطه(، هفت ذره از خروجی باال و یک ذره

از خروجی پایین خارج میگردد و در چگالی نسبی هیچ ذره1.7 پنج ذره از باال و در چگالی نسبی 1.5

تر بودنتر و سبکشود. لذا سنگینای از باال خارج نمی متر تعیین کننده است. و هرچهمیلی1ذرات در این

شود تعداد ذراتی که بهچگالی ذرات بیشتر میشود بیشتر است.دیواره سیکلون نزدیک می

ذره اما با قطر8 نیز مسیر حرکت 7 شکل متر است، که این ذرات با چهار چگالی میلی10

اند. درنسبی مختلف در چهار سیکلون وارد شده این

شکل نیز

تر از سیال واسطه کامالشود ذرات سبکمشاهده می تر از پایین خارجاز باال خارج شده و ذرات سنگین

میشوند. حال آنکه با نزدیک شدن چگالی ذرات به دیده1.3چگالی سیال واسطه در چگالی نسبی

افتد و به سمت پایینای به دام میمیشود ذره سیکلون کشیده میشود. این موضوع اهمیت

موقعیت ذرات با چگالی نزدیک به سیال را روشن میسازد که باتوجه به موقعیتشان و نحوه حرکت

7 ISME2011, 10-12 May, 2011

b) 8 1.1 ذره با چگالی نسبیa) 8 میلی متر در چهار چگالی مختلف 1: تزریق ذرات با قطر 6شکل1.7 ذره با چگالی نسبی d) 8 1.5 ذره با چگای نسبی c) 8 1.3ذره با چگالی نسبی

(b 1.1 ذره با چگالی نسبیa) 8 میلی متر در چهار چگالی مختلف 10: تزریق ذرات با قطر7شکل1.7 ذره با چگالی نسبی d) 8 1.5 ذره با چگای نسبی c) 8 1.3 ذره با چگالی نسبی 8

Page 8: ISME2009- Paper Formatting and Preparationprofdoc.um.ac.ir/articles/a/1062061.docx · Web viewسیکلون وسیله ای است که از یک استوانه تشکیل شده که

سیال واسطه ممکن است رفتار متفوت نشان نیز1.5دهند. این موضوع در ذرات با چگالی نسبی

دیده7 و 6، 5های مشهود است. در مجموع شکل ذرات بیشتری به1.7شود در چگالی نسبی می

زنند.سمت دیواره امده و تعداد دور بیشتری می ( دیده شد، قطر ذرات6 همان طور در معادله )

ای نقش تعیین کننده در حرکت ذرات در راستای شعاع ایفا میکند و

همچنین نیروهای درگ و اختالف فشار الیه های سیال با توجه به قطر و چگالی ذرات در جدایش ان

ها از یکدیگر سهیم هستند.

نتيجه گيری و جمع بندي سیکلون ها کاربرد گسترده ای در صنعت و معدن

دارند. سیکلون ها بدلیل استفاده از نیروی گریز از مرکز در مقایسه با دیگر روش های ثقلی کاربرد آسان تر و هزینه کمتری دارند. در سیکلون های

شیب دار به علت وجود فاز مایع، گاز و چندین فاز جامد و متغیر بودن ویسکوزیته و چگالی سیال

ها و همچنین شرایط توربوالنی، کارواسطه در آن شبیه سازی دشوار است. اما برای تشخیص مسیر

ها به مسیرحرکت ذرات و وابسته بودن حرکت آن حرکت، سرعت، چگالی، ویسکوزیته و فشار سیال

الزم است تا در هر کاربردی برای بهینه سازی و ها را شبیه سازی کرد.پیشبینی عملکرد سیکلون آن

که در این کار رفتار دوازده حالت از ذرات مورد بررسی قرار گرفت و مشخص قطر و چگالی ذرات

و شرایط سیال واسطه عوامل تاثیر گذار درها هستند.عملکرد این سیکلون

مراجع[1] Hsieh K.T. and Rajamani, K., (1986).

Phenomenological Model of the Hydrocyclone: Model Development and Verification for Single Phase Flow, International Journal of Mineral Processing. 22: 223-237.

[2] سامعی جواد دهقانی، علی حاجتی، عبدالمطلب) مدار). 2010برزکی. خوراک اولیه پرعیارسازی

سیکلون بوسیله لکان روی و سرب فلوتاسیونمهندسی پژوهشی علمی نشریه سنگین، واسطه

صفحات 78تا 69معدن،[3] A. Farzanegan, M. Gholami, M.H. Rahimyan

(2013) Multiphase flow and tromp curve simulation of dense medium cyclones using Computational Fluid Dynamics, Minerals Engineering.

[4] Slack, M.D., Prasad, R. O., Bakker, A. and Boysan, F. (2000). Advances in Cyclone Modeling Using Unstructured Grids, Chemical Engineering Research and Design. 78: 1098-1104.

[5] Suasnabar, D.J. (2000). Dense Medium Cyclone Performance, Enhancements Via Computational Modeling of The Physical Process, Ph.D. Thesis, University of New South Wales.

[6] Narasimha, M., Brennan, M.S., Holtham, P.N. and Napier-Munn, T. J. (2006). A Comprehensive CFD Model of Dense Medium Cyclone Performance, Minerals Engineering. 20: 414-426.

[7] Griffiths, W.D. and Boysan, F. (1996). Computational Fluid Dynamics (CFD) and Empirical modeling of The Performance of A Number of Cyclone Samplers, Aerosol Science. 27: 281-304.

[8] Subramanian, V.J. (2002). Measurement of Medium Segregation in The Dense Medium Cyclone Using Gamma-Ray Tomography, Ph.D. Thesis, JKMRC, University of Queensland.

[9] M. Ishii, K. Mishima, Two-fluid model and hydrodynamic constitutive relations, Nuclear Engineering and Design 82 (1984) 107–126.

8 ISME2011, 10-12 May, 2011