شبيه سازي جريان در هيدروسيكلون تك فازي با ديناميك سيالات محاسباتي

شبيه‌سازي هيدروسيكلون‌ها معمولا به كمك مدل‌هاي تجربي انجام مي‌گيرد. مهم‌ترين محدوديت مدل‌هاي تجربي، وابستگي آن‌ها به پارامترهاي سيستم و در نتيجه عدم جامعيت آن‌ها است. ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) يك ابزار قدرتمند براي مدلسازي جريان سيال در سيستم‌هاي مختلف است. هدف از انجام پژوهش حاضر، شبيه‌سازي و مدلسازي سه‌بعدي جريان مواد در داخل يك هيدروسيكلون با مدلسازي تك فازي (آب) به روش CFD است. مراحل مختلف فرآيند شبيه‌سازي شامل طراحي هندسه سيستم، شبكه‌بندي، تعيين خصوصيات جريان، تعيين شرايط اوليه و مرزي، انتخاب مدل توربولنس، تعيين پارامترهاي عددي، حل مساله و در نهايت اعتبارسنجي نتايج حاصل است. براي اعتبارسنجي نتايج شبيه‌سازي از داده‌هاي اندازه‌گيري مستقيم پروفيل‌هاي سرعت در يك هيدروسيكلون آزمايشگاهي استفاده شد. نتايج شبيه‌سازي نشان داد كه سرعت مماسي سيال داخل هيدروسيكلون از جداره به سمت هسته هواي مركزي به تدريج افزايش يافته و در فصل مشترك (هسته هوا با سيال) مجددا كاهش مي‌يابد. مقدار سرعت مماسي سيال در بخش‌هاي مختلف هيدروسيكلون از m/s 1.59 تا m/s 6.52 متغير است. سرعت محوري سيال داخل هيدروسيكلون در نتيجه دو جريان چرخشي يكي جريان رو به بالاي سيال در هسته هواي مركزي و ديگري جريان رو به پايين سيال در نزديكي جداره است. محدوده تغييرات سرعت محوري سيال در بخش‌هاي مختلف هيدروسيكلون از m/s 5.58 تا m/s 5.46 است. در مقايسه مدل‌‌هاي توربولنس مختلف، مدل شبيهسازي گردابه بزرگ (LES) داراي كمترين خطاي نسبي در پيش‌بيني پروفيلهاي سرعت، قطر هسته هواي مركزي (7.8 %)، اختلاف فشار داخل هيدروسيكلون (7.52 %) و همچنين توزيع جرمي جريان‌هاي سرريز و ته‌ريز (0.18 %) است. اثر پارامترهاي مختلف هندسي (قطر دهانه ته‌ريز، قطر دهانه سرريز و زاويه بخش مخروطي) و عملياتي (دبي جرمي جريان ورودي) بر پروفيل سرعت مماسي سيال مورد بررسي قرار گرفت.