بررسی عددی نشست و حذف ذرات جامد آلاینده روی یک فیلتر مربعی به روش شبکه بولتزمن

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی شیمی– محیط زیست،دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 استاد مهندسی شیمی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

3 استادیار مهندسی نفت و گاز، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

در این پژوهش‌، جریان سیال به همراه ذرات جامد درون کانالی حاوی مانع مربعی شبیه­سازی شده است. برای حل معادلات ممنتوم و انتقال حرارت، از روش شبکه بولتزمن دو بعدی استفاده شده است. در ابتدا جریان­های همدما و غیرهمدما درون مجرا و از روی مانع به روش شبکه بولتزمن شبیه­سازی شده، سپس با اضافه کردن معادله حرکت ذرات، چگونگی حرکت ذرات مورد بررسی قرار گرفته است. روش لاگرانژی، برای بررسی حرکت ذرات جامد استفاده و از تاثیر ذرات روی جریان سیال صرف نظر شده‌است. نتایج حاصل از بررسی الگوی جریان همدما اطراف مانع نشان داد که با افزایش رینولدز فرکانس جریان کاهش می­یابد؛ همچنین بررسی جریان غیر همدما اطراف مانع، نشان دهنده افزایش ناسلت متوسط با افزایش نسبت انسداداست. نتایج حاصل از بررسی نشست ذرات روی مانع، نشان داد که با افزایش عدد رینولدز، میزان تجمع ذرات ریز افزایش یافته؛ ولی جذب ذرات درشت در رینولدز­های پایین بهتر صورت می­گیرد. نیروی ترموفورسیس بر ذراتی با اندازه کمتر 1 میکرومتر تاثیر می­گذارد و سبب افزایش بازده جذب این اندازه‌از ذرات می­شود. نتایج این تحقیق، تطابق قابل قبولی با پیش­بینی­های تئوری و مشاهدات آزمایشگاهی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Goharrizi AS, Sadeghi R (2010) Thermophoretic deposition of aerosol particles in laminar mixed-convection flow in a channel with two heated built-in square cylinders. Adv Powder TechnoL21(3): 320-325.

[2] Flagan RC, Seinfeld J (1988) Fundamentals of air pollution engineering. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.

[3] Tien C, Ramarao BV (2011) Granular filtration of aerosols and hydrosols. Elsevier.

[4] Breuer M, Bernsdorf J, Zeiser T, Durst F (2000) Accurate computations of the laminar flow past a square cylinder based on two different methods: lattice-Boltzmann and finite-volume. Int J Heat Fluid Fl 21(2): 186-196.

[5] Wei-Bin G, Neng-Chao W, Bao-Chang S, Zhao-Li G (2003) Lattice-BGK simulation of a two-dimensional channel flow around a square cylinder. Chinese Phys12(1): 67.

[6] Jafari S, Salmanzadeh M, Rahnama M, Ahmadi G (2010) Investigation of particle dispersion and deposition in a channel with a square cylinder obstruction using the lattice Boltzmann method. J Aerosol Sci41(2): 198-206.

[7] Akbar M, Rahman M, Ghiaasiaan S (2009) Particle transport in a small square enclosure in laminar natural convection. J Aerosol Sci40(9): 747-761.

[8] Ding L, Fung J, Seepana S, Lai A (2012) Numerical study on particle dispersion and deposition in a scaled ventilated chamber using a lattice Boltzmann method. J Aerosol Sci47: 1-11.

[9] Espinosa-Gayosso A, Ghisalberti M, Ivey GN, Jones NL (2012) Particle capture and low-Reynolds-number flow around a circular cylinder. J Fluid Mech710: 362-378.

[10] Qian Y, d'Humières D, Lallemand P (1992) Lattice BGK models for Navier-Stokes equation. EPL (Europhysics Letters)17(6): 479.

[11] Bhatnagar PL, Gross EP, Krook M (1954) A model for collision processes in gases. I. Small amplitude processes in charged and neutral one-component systems. Physical review94(3): 511.

[12] Succi S (2001) The lattice Boltzmann equation: for fluid dynamics and beyond, Oxford university press.

[13] Sukop MC, Thorne DT (2007) Lattice Boltzmann modeling: an introduction for geoscientists and engineers. Springer.

[14] Yan Y, Zu Y (2008) Numerical simulation of heat transfer and fluid flow past a rotating isothermal cylinder–A LBM approach. Int J Heat Mass Tran51(9): 2519-2536.

[15] Zhang T, Shi B, Guo Z, Chai Z, Lu J (2012) General bounce-back scheme for concentration boundary condition in the lattice-Boltzmann method. Physical Review E.85(1): 016701.

[16] Li A, Ahmadi G (1992) Dispersion and deposition of spherical particles from point sources in a turbulent channel flow. Aerosol Sci Tech 16(4): 209-226.

[17] Talbot L, Cheng R, Schefer R, Willis D (1980) Thermophoresis of particles in a heated boundary layer. J Fluid Mech101(04): 737-758.

[18] Mukhopadhyay A, Biswas G, Sundararajan T (1992) Numerical investigation of confined wakes behind a square cylinder in a channel. Int J Numer Meth Fl 14(12): 1473-1484.

[19] Suzuki H, Inoue Y, Nishimura T, Fukutani K, Suzuki K (1993) Unsteady flow in a channel obstructed by a square rod (crisscross motion of vortex). Int J Heat Fluid Fl14(1): 2-9.

[20] Sharma A, Eswaran V (2004) Effect of channel confinement on the two-dimensional laminar flow and heat transfer across a square cylinder. Numer Heat Tr A-Appl 47(1):79-107.

[21] Vincent J, Humphries W (1978) The collection of airborne dusts by bluff bodies. Chem Eng ScI 33(8): 1147-1155.

[22] Brandon DJ, Aggarwal S (2001) A numerical investigation of particle deposition on a square cylinder placed in a channel flow. Aerosol Science & Technology 34(4): 340-352.