مطالعه تجربي و عددي عوامل موثر بر عملكرد تغليظ كننده غبار مارپيچ يك كاناله در جداسازي پودر سياه خطوط انتقال گاز

Experimental and Numerical Study of Effective Parameters on Helical One-channel Dust-concentrator Performance for Separation of Black Powder of Gas Pipeline

در اين مقاله جداسازي ذرات پودر سياه از هوا توسط تغليظ كننده غبار مارپيچ يك كاناله به صورت آزمايشگاهي مطالعه شده و با استفاده از شبيه سازي ديناميك سيالات محاسباتي، بازده و افت فشار دستگاه در شرايط عملياتي مختلف مورد بررسي قرار گرفته است. سامانه آزمايشگاهي شامل يك كانال مارپيچ با 29 انشعاب جريان رقيق خروجي و دو مكنده در خروجي هاي آن بوده كه امكان آزمون در شرايط دبي ورودي بالا فراهم شده است. در انجام آزمايشات از ذرات پودر سياه با دانه بندي مشخص استفاده شده است. ميانگين اندازه ذرات آن پس از انجام آزمون DLS و پردازش تصاوير SEM، μm 0/327 مشخص شد. شبيه سازي CFD تغليظ كننده مارپيچ يك كاناله براي جريان هوا- پودر سياه با نرم افزار FLUENT انجام شده است. براي شبيه سازي اغتشاشات، از مدل اغتشاش Realizable k-ε به عنوان يك مدل بهينه از نظر دقت و سرعت در شبيه سازي استفاده شده است. براي اعتبارسنجي نتايج شبيه سازي، داده هاي آزمايشگاهي مورد مقايسه قرار گرفته اند كه خطايي حدود 5/2% را نشان مي دهد. براي بررسي تاثير شرايط عملياتي سيستم، دبي هاي جرمي هواي ورودي و كسر جرمي هاي جامد مختلف مورد مطالعه قرار گرفت و نتايج نشان دادد كه با افزايش دبي به اندازه 58% بازده شبيه سازي 4/1% افزايش پيدا مي كند. همچنين با افزايش كسر جرمي جامد از 7 به 20%، بازده تغيير محسوسي نداشت.

In this paper, black powder of the separation from air flow by a helical one-channel dust concentrator have been experimentally studied and the efficiency and pressure drop have been investigated by Computational fluid dynamics (CFD) simulations in different operating conditions. Experimental set-up is a helical one-channel including 29 branches for exporting diluted stream out. It also has two suction devices at the ends of channels in order to provide testing in high inlet flow. Black powder particles with certain particle size distribution have been tested, whose average particle size has been determined 0.327 μm by DLS and SEM images processing. CFD simulation of helical one-channel dust concentrator for air-black powder separation has been done with FLUENT software. The Realizable k-ε turbulent model, as an optimal turbulence model in terms of accuracy and speed in simulation, has been used. According to evaluation of the results, the experimental results have been compared and it showed 5.2% error. To investigate the effect of operating condition, the various air flow rate and solids mass fractions were investigated and the results showed that the simulation efficiency has increased more than 4.1% by increasing 58% of the inlet volumetric flow rate. The separation efficiency had no change by increasing the solid mass fraction from 7% up to 20%.