مطالعه عددي و آزمايشگاهي جريان قطره‌اي در دميسترهاي شبكه سيمي فلزي و پلاستيكي

Experimental and Numerical Investigation of Droplet Flow in Plastic and Metallic Wire Mesh Demisters

در مطالعه حاضر با استفاده از روش‌هاي عددي و آزمايشگاهي به بررسي اُفت فشار و بازده جداسازي دميسترهاي شبكه سيمي در يك سيستم آب- هوا پرداخته شده است. با استفاده از مدل آزمايشگاهي طراحي و ساخته‌شده، پارامترهايي نظير سرعت هوا، چگالي فشردگي و قطر سيم شبكه در دميسترهايي از جنس فلزي و پلاستيكي مورد مطالعه قرار گرفته است. شبيه‌سازي عددي به‌صورت دوبعدي و حالت گذرا با استفاده از مدل آشفتگي كي- اپسيلون در نرم‌افزار انسيس فلوئنت انجام و با نتايج آزمايشگاهي اعتبارسنجي شد. همچنين از مدل فاز گسسته با ديدگاه اويلري- لاگرانژي براي شبيه‌سازي مسير حركت قطرات آب در قطرهاي 0/2 و 0/05ميلي‌متر استفاده شد. نتايج شبيه‌سازي عددي در مقايسه با نتايج آزمايشگاهي از دقت قابل قبولي برخوردار است. حلگر عددي، بازده جداسازي را با خطاي حدود 20% و اُفت فشار را با خطايي كمتر از 20%، نسبت به داده‌هاي آزمايشگاهي پيش‌بيني مي‌كند. نتايج شبيه‌سازي عددي نشان مي‌دهد افزايش قطر قطرات آب در سرعت‌هاي بالاتر و چگالي‌هاي فشردگي بيشتر، موثرتر بوده و موجب افزايش بازده جداسازي تا حدود 36% مي‌شود. همچنين افزايش چگالي فشردگي براي قطراتي با قطر 0/2ميلي‌متر باعث افزايش بازده جداسازي و براي قطراتي با قطر 0/05ميلي‌متر موجب كاهش بازده جداسازي مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهند كه بازده جداسازي دميستر پلاستيكي بيشتر از دميستر فلزي است و در چگالي‌هاي فشردگي پايين‌تر، استفاده از آن توصيه مي‌شود.

In the current study, experimental and numerical methods have been used to investigate the pressure drop and the separation efficiency of wire mesh demisters in an air-water system. Using the designed and manufactured experimental model, various parameters such as air velocity, packing density, and wire diameter in plastic and metallic demisters have been studied. Numerical simulation was carried out in two-dimensional and transient form using K-epsilon (k-ε) turbulence model in commercial software ANSYS Fluent and validated against experimental results. The Eulerian-Lagrangian discrete phase model was also used to simulate the water droplet trajectory at diameters of 0.2 and 0.05mm. The numerical simulation results are sufficiently accurate compared to the experimental data. The numerical solver predicts separation efficiency with error of about 20% and pressure drop with error of less than 20% compared to experimental data. The numerical simulation results show that increasing the diameter of water droplets at higher air velocities and higher packing densities is more effective and increases the separation efficiency up to 36%. Also, increasing the packing density increases the separation efficiency for droplets with a diameter of 0.2mm and decreases the separation efficiency for droplets with a diameter of 0.05mm. The results show that the separation efficiency of plastic demister is more than the separation efficiency of metallic demister and in lower packing densities, the use of plastic demister is advisable.