دانشکده مهندسی شیمی- اخبار علمی
دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

حذف تصاویر و رنگ‌ها  | تاریخ ارسال: 1399/3/12 | 
      

مهندس الهام حیدری، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی، دوشنبه دوازدهم خرداد ماه ۱۳۹۹، از رساله خود با عنوان « مدل سازی چند مقیاسه فرایند گرانولاسیون در بستر سیال»  با راهنمایی دکتر محمد امین ثباتی و دکتر سلمان موحدی راد دفاع خواهد نمود.

چکیده
گرانولاسیون مرطوب بستر سیال (FBWG) مکررا برای ساخت محصولات دانه‌ای با تخلخل بالا و توزیع اندازه یکنواخت، از طریق افزایش اندازه ذرات اولیه به کار می‌رود. در این مطالعه، چارچوبی چندمقیاسه تلفیق شده، با بکارگیری شبیه‌سازی ذره‌ای مانند روش المان گسسته (DEM) و مدل‌سازی توده گرانولاسیون مانند موازنه جمعیت (PBM) به همراه اطلاعات دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و مدل‌های مکانیستیک برای مدل‌سازی فرایند FBWG به کار گرفته شده است. پارامترهایی شامل سطح ترشده، تبخیر چسب و برخورد بین ذرات در مقیاس میکرو به کار گرفته شده‌اند تا توزیع اندازه ذرات را توسط PBM در مقیاس ماکرو پیش‌بینی کنند. برای مدل‌سازی پدیده‌های میکرو مقیاس، در ابتدا زنجیره‌ای از اتفاق‌های محتمل در سطح قطره-ذره و یک نقشه مقیاسی از فرایند FBWG بر اساس پدیده‌هایی که در سه مقیاس میکرو، مزو و ماکرو رخ می‌دهد، ارائه شده است. تبخیر چسب در سه موقعیت مختلف مورد بحث، بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. ابتدا، یک مدل تحلیلی برای تبخیر قطره منفرد با استفاده از آنالیز انتقال جرم از قطره کروی که دارای سرعت نسبی نسبت به محیط می‌باشد و در نظر گرفتن تغییر نرخ تبخیر با تغییر قطر قطره، مشتق شده است. در مرحله بعد، مدل تبخیر قطره چسبنده از مدل ریاضی موجود در مقالات، به کار گرفته شده است. همچنین، مدل تبخیر پل مایع از روش انتقال جرم/نفوذ بدست آمده و زمان شکست پل مایع محاسبه شده است. سطح ترشده ذره یا پخش قطره، بر روی احتمال تجمع ذرات در FBWG اثر می‌گذارد. یک قطره بر روی ذره دو رفتار متفاوت از خود نشان می‌دهد یا به آرامی پخش می‌شود (پخش قطره ساکن) یا بر روی سطح برخورد می‌کند و سپس پخش می‌شود (پخش برخوردی). پخش قطره ساکن توسط موازنه بین نیروهای کشش سطحی و ویسکوزیته و در نظر گرفتن تغییر حجم قطره به دلیل تبخیر مدل شده است. پخش برخوردی نیز با به کار گیری مدل درجه دوم و بر اساس نقاط کلیدی پخش شامل پخش اولیه،  و شعاع تعادلی، مدل شده و با در نظر گرفتن تبخیر چسب بهبود یافته است. دو رفتار مختلف قطره بر روی سطح نیز به طور همزمان توسط شبکه عصبی نارکس مدل شده است. برخورد بین ذرات توسط کوپل دو طرفه مدل CFD-DEM در سیستم جامد-گاز سه بعدی، شبیه‌سازی و پارامترهای برخورد شامل فرکانس برخورد، سرعت برخورد و زمان مجاورت ذرات توسط پس پردازش خروجی تعیین شده است. انتقال یک طرفه اطلاعات از مدل CFD-DEM و پارامترهای مکانیستیکی (سطح ترشده و تبخیر چسب) به PBM به کار گرفته شده است تا بین اثرات برهم کنش بین ذره-سیال و پارامترهای فرایندی نظیر دبی هوا، دمای هوای ورودی، دبی چسب و غیره با توزیع اندازه گرانول‌ها، ارتباط برقرار کند. ارتباط بین مدل‌های میکرو مقیاس و مدل PBM از طریق توسعه دو کرنل تجمع و شکست، انجام شده‌ است. کرنل تجمع شامل فرکانس برخورد بین ذرات، بازدهی برخورد و احتمال چسبندگی ذرات می‌باشد. کرنل شکست، فرکانس برخورد هر ذره و احتمال شکست ذرات را در بر می‌گیرد. در نهایت با مقایسه مدل چندمقیاسه با نتایج آزمایشگاهی موجود، میانگین خطایی در حدود ۳/۱۲ درصد در پیش‌بینی قطر متوسط ذرات در مقایسه با داده‌های تجربی بدست آمد که نشان دهنده دقت مناسب مدل ارائه شده در پیش‌‌بینی دینامیک سیستم است.
 
واژه‌های کلیدی: مدلسازی چندمقیاسه،گرانولاسیون بستر سیال، مدل پخش، مدل تبخیر، شبیه‌سازی برخورد، موازنه جمعیت
 
نشانی مطلب در وبگاه دانشکده مهندسی شیمی:
http://idea.iust.ac.ir/find.php?item=15.5827.59987.fa
برگشت به اصل مطلب