بررسی اثر پارامترهای هندسی و سیال عامل بر رفتار انبساطی بسترهای سیالی مایع-جامد سیال غیرنیوتنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 دانشگاه یزد

چکیده

در این پژوهش، با بکارگیری روش ترکیبی شبکه بولتزمن و  نمایه هموار، برای بستر با سیال غیرنیوتنی قانون توانی،  اثر تغییر پارامترهای هندسی و سیال بر رفتار انبساطی بستر  مطالعه شده است. بررسی ها برای 7 هندسه متفاوت و 4 سیال نیوتنی و غیرنیوتنی با اندیس قاعده توانی 0.8 تا 1 انجام شده است. نتایج بستر با سیال  نیوتنی تخلخل بیشتری نسبت به بستر با سیال غیرنیوتنی نشان می دهند. همچنین افزایش اندیس قاعده توانی سبب افزایش تخلخل بستر شده و تخلخل بستر غیرنیوتنی با افزایش چگالی ذرات جامد و ارتفاع اولیه بستر کاهش یافته است. بررسی نسبت تخلخل در بسترغیر نیوتنی نشان داد که با افزایش قطر ذرات جامد این نسبت کاهش و با افزایش قطر بستر سیالی، افزایش می یابد. علاوه بر این مقایسه نتایج بستر با محلول کربوکسی متیل سلولز 0.1%  به عنوان سیال نشان داد که تاثیر کاهش قطر ذرات در بستر برای افزایش نسبت تخلخل 2 برابر بیشتر از تاثیر افزایش قطر بستر است. در نهایت خروجی های مدل نشان دادند نسبت تخلخل برای بستر شامل ذرات جامد با قطرهای مختلف، کمتر از بستر حاوی ذرات با قطرهای برابر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1]Weber  E., Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2002.
 [2] Mehrabi Gohari E., Sefid M., Jahanshahi Javaran E., Soltani Goharrizi A., Hydrodynamic simulation of a liquid–solid fluidized bed using Lattice Boltzmann and smoothed profile methods, Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering, Vol.12, No.2, pp.196-211,2017.
 [3]Dong Zhang G., Zhong Li M., Quan Xue J., Wang L., Lin Tian J., Wall-retardation effects on particles settling through non-Newtonian fluids in parallel plates, Chemical Papers,
Vol.70, No.1, pp.1389-1398,2016.
[4]Yu Y., Wen C., Bailie R., Power‐law fluids flow through multiparticle system, The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol.46, No.3, pp.149-154,1968.
[5]Mishra P., Singh D., Mishra I., Momentum transfer to Newtonian and non-Newtonian fluids flowing through packed and fluidized beds, Chemical Engineering Science, Vol.30, No.4, pp.397-405,1975.
[6]Brea F., Edwards M., Wilkinson W., The flow of non-Newtonian slurries through fixed and fluidised beds, Chemical Engineering Science, Vol.31, No.5, pp.329-336,1976.
[7] Kumar S., Upadhyay S., Mass and momentum transfer to Newtonian and non-Newtonian fluids in fixed and fluidized beds, Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals,Vol.20, No.3, pp.186-195,1981.
[8]Kawase Y., Ulbrecht J, Mass and momentum transfer with non-Newtonian fluids in fluidized beds, Chemical Engineering Communications, Vol.32, No.1, pp.263-288,1985.
[9]Bendict R. F., Kumaresan G, Velan M, Bed expansion and pressure drop studies in a liquid-solid inverse fluidised bed reactor, Bioprocess Engineering, Vol.19, No.2, pp.137-142,1998.
[10]       Lakshmi A.V., Balamurugan M., Sivakumar M., Samuel T. N., Velan M., Minimum fluidization velocity and friction factor in a liquid-solid inverse fluidized bed reactor, Bioprocess Engineering, Vol.22, No.5, pp.461-466,2000.
[11]       Richardson J., Zaki W., This Week’s Citation Classic: Sedimentation and fluidisation, Trans. Inst. Chem. Eng, Vol.32, No.1, pp.35-53,1954.
 [12]Christopher R. H., Middleman S., Power-law flow through a packed tube, Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals,
Vol.4, No.4, pp.422-426,1965.
[13]Machač I., Ulbrichová I., Elson T., Cheesman D., Fall of spherical particles through non-Newtonian suspensions, Chemical Engineering Science, Vol.50, No.20, pp.3323-3327,1995.
[14] Yuan Z.,  Wang SH., Shao B.,Xie L., Chen Y., Ma Y., Investigation on effect of drag models on flow behavior of power-law fluid–solid two-phase flow in fluidized bed. Particuology,
Vol.70, No.2, pp.43-54,2022.
[15]Pang B., Wang SH., Lu H., A modified drag model for power-law fluid-particle flow used in computational fluid dynamics simulation. Advanced Powder Technology, Vol.32, No.4, pp.1207-1218,2021.
[16] شیربانی قزوینی، میلاد, ورمزیار, مصطفی, محمدی, آرش. آنالیز دقت و پایداری مدل های گوناگون تقابل ذره ها در روش شبکه بولتزمن چند فازی. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران ، د.38، ش. 3، ص. 253-267، 1398.
[17] Aharonov E., Rothman DH., Non-Newtonian flow (through porous-media): A lattice Boltzmann method, Geophys Res Lett,
Vol.20, No.1, pp.679-682,1993.
[18] فلاح ک.، طیبی رهنی م.، قادری آ.،شبیه سازی عددی جریان سیال غیرنیوتنی گذرنده ازروی سیلندر دایروی ساکن در داخل کانال. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز ، د.49، ش. 2، ص. 239-247، 1398.
[19]   عزت نشان ا.،شبیه سازی عددی جریان کاویتاسیونی داخل نازل با استفاده از روش شبکه بولتزمن. نشریه مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د.49، ش. 1، ص. 185-179، 1398.
[20] نعمتی م.، سفید م .، استفاده از روش لتیس بولتزمن در تحلیل آنتروپی تولید شده طی انتقال حرارت دوگانه سیال  قانون توانی در حضور جذب/تولید گرما و میدان مغناطیسی. علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیکد.34، ش. 3، ص. 35-66، 1401.
[21]Ergun S., Orning A. A., Fluid flow through randomly packed columns and fluidized beds, Industrial & Engineering Chemistry,
Vol.41, No.6, pp.1179-1184,1949.
[22]Mehrabi Gohari E., Sefid M., Jahanshahi Javaran E., Numerical simulation of the hydrodynamics of an inverse liquid–solid fluidized bed using combined Lattice Boltzmann and smoothed profile methods, Journal of Dispersion Science and Technology, Vol.38, No.10, pp.1471-1482,2017.
[23] روحانی تزنگی، ح.، سلطانی گوهرریزی، ع.، جهانشاهی جواران، ا. بررسی رفتار رئولوژیکی سوسپانسیون های حاوی سیال قانون توانی با استفاده از ترکیب روش شبکه بولتزمن و نمایه هموار. مکانیک سازه ها و شاره ها، د. 9، ش. 2، ص. 197-210، 1398.
[24] Zou Q.,He    On pressure and velocity boundary conditions for the lattice Boltzmann BGK model, Physics of Fluids, 9, 1591 ,1997.
[25]       Chhabra R. P., Comiti J., Machač I., Flow of non-Newtonian fluids in fixed and fluidised beds, Chemical Engineering Science, Vol.56, No.1, pp.1-27,2001.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار