مقدمه
شبیه‌سازی جریان‌های دو فازی در لوله‌ها یکی از موضوعات مهم در علوم مهندسی و صنایع مختلف است، به‌ویژه در صنایع نفت و گاز، شیمیایی و داروسازی. این نوع شبیه‌سازی به ما این امکان را می‌دهد که نحوه تعامل و مخلوط شدن دو فاز مایع و گاز را در داخل لوله‌ها بررسی کنیم.
مدل دینامیک ذرات (DEM) به‌خصوص در شبیه‌سازی حرکت ذرات در جریان‌های دو فازی اهمیت فراوانی دارد. این مدل به ما اجازه می‌دهد تا تغییرات و تعاملات جزئیات فیزیکی و دینامیکی ذرات را در طول فرایند جریان مشاهده کنیم. در لوله‌های میکسینگ، این تعاملات می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر کارایی مخلوط شدن و انتقال جرم داشته باشد.
در این پژوهش، تلاش می‌شود تا با استفاده از توانایی‌های شبیه‌سازی FLUENT و مدل DEM، جریان دو فازی در یک لوله میکسینگ به‌طور دقیق تحلیل شود. این موازی‌سازی بین مدل‌های فیزیکی و شبیه‌سازی‌های عددی، امکان درک عمیق‌تری از روند اختلاط و پراکندگی را فراهم می‌آورد و می‌تواند به بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی کمک کند. به‌طور خاص، هدف این مطالعه بررسی تأثیر پارامترهای مختلف مانند سرعت جریان، قطر لوله و ویژگی‌های فیزیکی فازها بر روی کارایی میکسینگ خواهد بود.
شرح فرآیند
شبیه سازی جریان دو فازی و جریان های چندفازی در فلوئنت از اهمیتی روز افزون در حیطه مهندسی برخوردار هستند. جریان های دو فازی زیر مجموعه ایی از جریان های چند فازی بوده و در اغلب مواقع شامل شبیه سازی یک گاز و یک مایع می باشد. برای مثال تبدیل فاز مایع به فاز بخار در لوله نمونه ایی از جریان های دو فازی در لوله می باشد. با توجه به اینکه این جریان ها به وفور در صنعت یافت می شوند داشتن تخصص در شبیه سازی جریان های دوفازی در فلوئنت لازمه بسیاری از فعالیت های علمی و صنعتی است.
شبیه‌سازی فرایند مدل دینامیکی گرانولی (DEM) در نرم‌افزار فلوئنت برای یک لوله میکسینگ دو فازی شامل مراحل متعددی است که به منظور تحلیل رفتار سیال و ذرات جامد در این سیستم طراحی شده است. در ابتدای کار، هندسه لوله میکسینگ و مشخصات فیزیکی و شیمیایی مواد دو فاز، یعنی سیال و ذرات جامد، تعریف می‌شود. سپس، شبکه محاسباتی مناسب برای مدل‌سازی ایجاد می‌شود.
در ادامه، شرایط مرزی و اولیه شامل سرعت‌های ورودی، دما و فشار مشخص می‌شوند. شبیه‌سازی شامل بررسی رفتار دبی، توزیع ذرات و اختلاط درون لوله است. نهایتاً، نتایج شبیه‌سازی به منظور ارزیابی کارایی میکسینگ و بهینه‌سازی طراحی لوله مورد بررسی قرار می‌گیرد، که می‌تواند به بهبود فرآیندهای صنعتی مرتبط با میکسینگ دو فازی منجر شود.
نتیجه گیری
در نهایت، شبیه‌سازی مدل دینامیکی گرانولی (DEM) در نرم‌افزار فلوئنت برای لوله میکسینگ دو فازی به عنوان ابزاری حیاتی برای درک و بهبود فرآیندهای اختلاط در صنایع مختلف عمل می‌کند. این شبیه‌سازی با ارائه بینش‌های دقیق درباره رفتار ذرات و تعاملات میان فازها، به ما این امکان را می‌دهد که عملکرد سیستم را بهینه‌سازی کنیم و بهره‌وری آن را افزایش دهیم. نتایج حاصل از شبیه‌سازی می‌تواند در شناسایی نقاط ضعف و بهبود طراحی لوله‌ها و فرآیندهای میکسینگ موثر باشد، و در نهایت، منجر به کاهش مصرف انرژی، کاهش ضایعات و افزایش کیفیت محصول نهایی شود. به‌طور کلی، استفاده از این تکنیک شبیه‌سازی می‌تواند تأثیر چشمگیری بر کارایی و موفقیت فرآیندهای صنعتی مرتبط با میکسینگ دو فازی داشته باشد.
در این پروژه از نرم افزار انسیس فلوئنت برای شبیه سازی یک لوله میکسینگ از روش DEM دو فازی استفاده شده است.