تحلیل عددی پدیده نشست ذرات گرد و غبار در مبدل‌های حرارتی فشرده با استفاده از رویکرد لاگرانژی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دکتری مهندسی مکانیک تبدیل انرژی، دانشگاه شهید بهشتی

2 دانشیار دانشکده مکانیک و انرژی دانشگاه شهید بهشتی

3 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه مهندسی فناوری های نوین قوچان

چکیده

در این مقاله اثر اندازه ذرات در نشست آن‌ها برروی سطوح مبدل حرارتی فشرده به صورت عددی بررسی شده و تأثیر افزایش جرم ذرات و سرعت جریان بر نشست ذرات مطالعه گردیده است. تحلیل عددی فاز سیال با استفاده از رویکرد اویلری و مدل سازی نشست ذرات با استفاده از رویکرد لاگرانژی و مدل فاز گسسته (DPM) به همراه کدهای عددی تعریف شده در انسیس- فلوئنت انجام شده است. برای شبیه‌سازی اثرات توربولانسی از مدل SST K-ω استفاده گردیده است. مطالعه بر‌روی هندسه سه بعدی پنج ردیف کانال مبدل حرارتی فشرده انجام شده و جریان هوا با سرعت m/s 5-1 و همچنین ذرات با اندازه های مختلف از محل ورودی هوا، وارد آن شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که افت فشار جریان هوا با افزایش اندازه ذرات و جرم آن ها افزایش یافته است. همچنین نرخ نشست ذرات با افزایش اندازه آن‌ها افزایش یافته و ذرات جامد عمدتاً جلوی کانال و بر روی کنگره‌های ردیف اول و دوم کانال‌های پره نشست کرده‌اند. اثر ورود همزمان ذرات ریز و درشت به همراه یکدیگر بررسی شده و مشاهده گردید که احتمال نشست ذرات ریز در حضور ذرات درشت‌تر، افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Herranz LE, Tardáguila RD (2014) New data and interpretation on source term attenuation within the break stage during meltdown SGTR sequences. Nucl Eng Des 270: 283-294.

[2] Haghighi Khoshkhoo R, McCluskey FMJ (2007) Air-side fouling of compact heat exchangers for discrete particle size ranges. Heat Transfer Eng 28(1): 58-64.

[3] Baghdar Hosseini S, Haghighi Khoshkhoo R, Javadi Malabad SM (2017) Experimental and numerical investigation on particle deposition in a compact heat exchanger. Appl Therm Eng 115: 406-417.

[4] Zhang Z, Zhang X (2012) Direct simulation of low-Re flow around a square cylinder by numerical manifold method for Navier-Stokes equations. J Appl Math Article ID465972.

[5] Sheikholeslami M, Ganji DD (2016) Turbulent heat transfer enhancement in an air-to-water heat exchanger. J Process Mech Eng 1(0): 1-14.

[6] Sheikholeslami M, Gorji-Bandpy M, Ganji DD, Soleimani S (2014) MHD natural convection in a nanofluid filled inclined enclosure with sinusoidal wall using CVFEM Neural. Comp Appl 24: 873-82.

[7] Sheikholeslami M, Gorji-Bandpy M, Ganji DD, Soleimani S (2014) Heat flux boundary condition for nanofluid filled enclosure in presence of magnetic field. Molecular Liquids 193: 174-84.

[8] Sheikholeslami M, Gorji-Bandpy M, Ganji DD, Rana P, Soleimani S (2014) Magneto hydrodynamic free convection of Al2O3–water nanofluid considering thermophoresis and Brownian motion effects. Comp Fluids 94: 147-   60.

[9] Sheikholeslami M, Gorji-Bandpy M, Seyyedi SM, Ganji DD, Rokni HB, Soleimani S (2013) Application of LBM in simulation of              natural convection in a nanofluid filled square cavity with curve boundaries. Powder Technol 247: 87-94.

[10] Sheikholeslami M, Gorji-Bandpy M, Ganji DD (2013) Free convection of nanofluid filled enclosure using lattice Boltzmann method (LBM). Appl Math Mech 34(7): 1-15.

 [11] Boivin S, Cayre F, Herard J (2000) A finite volume method to solve the Navier-Stokes equations for incompressible flows on unstructured meshes. Int J Therm Sci 39(8): 806-821.

[12] Chen X, Wang J (2014) A comparison of two-fluid model dense discrete particle model and CFD-DEM method for modeling impinging gas–solid flows. Powder Tech 254: 94-102.

[13] Lu H, Guo X, Zhao W, Gong X, Lu J (2014) Experimental and CPFD Numerical study on hopper discharge. Ind Eng Chem Res 53: 12160-12169.

[14] Manjula EVPJ, Hiromi WK, Morten ACR, Melaaen C (2017) A review of CFD modeling studies on pneumatic conveying and challenges in modeling offshore drill cuttings transport. Powder Tech 305: 782-793.

[15] Kosinski P, Hoffmann AC (2005) Modeling of dust lifting using the Lagrangian approach International. J Multiphase Flow 31: 1097-1115.

[16] Wacławiak K, Kalisz S (2012) A practical numerical approach for prediction of particulate fouling in PC boilers. FUEL 97: 38-48.

[17] Han H, He YL, Tao WQ, Li YS (2014) A parameter study of tube bundle heat exchangers for fouling rate reduction. Int J Heat Mass Tran 72: 210-221.

[18] Mousazadeh F (2013) Hot spot formation in trickle bed reactors. MSC Thesis Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic).

[19] Martens S (2004) Flow mechanics and mass transfer. Script Ins Therm Process Eng Environ Eng Graz University of Technology.

[20] Gao  R, Li A (2012) Dust deposition in ventilation and air-conditioning duct bend flows. Energ Convers Manage 55: 49-59.

[21] Li ZQ, Sun R, Wan ZX, Sun SZ, Wu SH, Chen LZ (2013) Gas–particle flow and combustion in the near-burner zone of the swirling stabilized pulverized coal burner. Combust Sci Technol 175: 1979-2014.

[22] Bilrgen H, Levy EK (2011) Mixing and dispersion of particle ropes in lean phase pneumatic conveying. Powder Technol 119: 134-152.

[23] ANSYS Inc. ANSYS Academic Research Release 16; 2014.

[24] Li A, Ahmadi G (1992) Dispersion and deposition of spherical particles from point sources in a turbulent channel flow. J Aerosol Sci Tech 16: 209-226.

[25] Saffman PG  (1965) The Lift on a Small Sphere in a Slow Shear Flow. J Fluid Mech 22: 385-400.

[26] Crowe CT, Sommerfeld M, Tsuji Y, (1998) Multiphase flows with droplets and particles Published in Boca Raton. CRC press.

[27] Yazdani A, Normandie M, Yousefi M, Saidi MS, Ahmadi G (2014) Transport and deposition of pharmaceutical particles in three commercial spacer–MDI combinations. Comput Biol Med 54: 145-155.

[28] Matida EA, Nishino K, Torii K (2000) Statistical simulation of particle deposition on the wall from turbulent dispersed pipe flow. Int J Heat Fluid Flow 21: 389-402.

[29] Mansoori MZ, Saffar Avval M, Ahmadi G, Ebadi A (2014) Modeling and numerical investigation of erosion rate for turbulent two-phase gas–solid    flow in horizontal pipes. Powder Tech 267: 362-370.

[30] Tomeczek J, Krzysztof W (2009) Two-dimensional modeling of deposits formation on platen superheaters in pulverized coal boilers. Fuel 88: 1466-1471.

[31] Jin HH, Fan JR, Zeng MJ, Cen KF (2007) Large eddy simulation of inhaled particle deposition within the human upper respiratory tract. J Aerosol Sci 38: 257-268.

[32] Jin HH, He C, Lu L, Fan JR (2013) Numerical investigation of the wall effect on airborne particle dispersion in a test chamber. Aerosol Air Qual Res J 13: 786-794.

[33] Partankar SV (1980) Numerical heat transfer and fluid flow. Hemisphere Washington DC.

[33] Herranz LE, Velasco FJ, Del Prá SCL (2005) Aerosol retention near the tube breach during steam generator tube rupture sequences. Nucl Technol 154: 85-94.