شبيه‌سازي CFD نحوه اثر شرايط عملياتي در كيفيت اختلاط جريان دوفازي گاز-مايع در مخزن همزن‌دار

CFD Simulation of Operational Parameters Effects on Mixing Quality of Two-phase Gas-Liquid Flow in Agitated Vessel

در اين تحقيق چگونگي اثر شرايط عملياتي بر نحوه توزيع فاز گاز در مخزن‌ همزن‌دار دوفازي گاز-مايع با پره راشتون به كمك تكنيك ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) مورد بررسي قرار گرفت. به منظور شبيه‌سازي رفتار جريان چند فازي در مخزن دو فازي گاز-مايع از ديدگاه اولري-اولري استفاده گرديد. با توجه به هيدروديناميك پيچيده و ماهيت جريان آشفته در مخزن همزن‌دار، رفتار جريان آشفته در مخزن بر اساس مدل RNG k-ε مدل شد. با بررسي شرايط عملياتي بر اساس عدد بي‌بعد هوادهي و عدد رينولدز پره، چگونگي توزيع كسر حجمي فاز گاز در مخزن مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كمترين ميزان ماندگي فاز گاز در ناحيه كف مخزن الي زير پره و بيشترين ميزان ماندگي فاز گاز در ناحيه اطراف پره شكل مي‌گيرد. با افزايش عدد رينولدز پره مشاهده شد كه كيفيت اختلاط در مخزن به علت تشكيل نواحي گردابه‌اي بزرگتر بهبود پيدا مي‌كند. همچنين نتايج نشان داد با افزايش عدد هوادهي و عدد رينولدز پره ميزان تجمع گاز در مخزن افزايش پيدا مي‌كند. با بررسي عدد توان پره مشاهده شد كه با افزايش عدد هوادهي در رينولدز ثابت پره ميزان توان مورد نياز براي اختلاط رفتار كاهشي و در عدد هوادهي ثابت با افزايش عدد رينولدز ميزان توان مصرفي افزايش پيدا مي‌كند.

In this contribution, behavior of gas phase distribution in a two phase gas-liquid stirred vessel with Rushton turbine was studied by computational fluid dynamic (CFD) technique at different operational conditions. Multiphase flow regime in the in the two phase gas-liquid vessel was modeled by Eulerian-Eulerian multiphase flow approach. Due to complex hydrodynamics and turbulent flow in the agitated vessel, RNG k-ε was used to simulate turbulence flow behavior. With study of operational conditions by means of Aeration and impeller Reynolds dimensionless numbers, distribution of gas phase volume fraction was studied in the vessel. The results showed minimum hold up of the gas phase exists between vessel bottom up to impeller and maximum gas phase hold up is formed in the impeller zone. Also, it was observed due to the formation of larger vortex areas with increase in impeller Reynolds number the mixing quality in the vessel improves. Furthermore, it was shown that increase in Aeration and impeller Reynolds numbers enhances gas phase holdup in the vessel. Study of impeller Power number showed that with increase in Aeration number the amount of mixing power is reduced at constant Reynolds number. Also, it was observed that increase in Reynolds number enhances power consumption at constant Aeration number.