انتخاب زاويه شيب بدنه و تحريك آكوستيك بهينه موثر در عملكرد جداكننده هيدروسيكلوني ذرات بر اساس الگوريتم ژنتيك

Investigation of optimized body tilt angle and acoustic excitation affecting performance of hydro cyclone particles separator based on genetic algorithm

در هسته مركزي هيدروسيكلون‌هاي معمول، جريان ثانويه در جهت عكس جريان اوليه‌ كه مجاور ديواره فعاليت مي‌كند گردش دارد و باعث ايجاد چاه فشار در محور مركزي هيدروسيكلون مي‌شود. اين چاه فشار موجب كشيده شدن ذرات به هسته مركزي و فرار ذرات سبك‌تر از مقطع بالايي هيدروسيكلون مي‌شود. لذا در اين پژوهش با افزودن چشمه صوت در هسته مركزي هيدروسيكلون، عملكرد يك هيدروسيكلون آكوستيك در جداسازي ذرات بررسي مي‌شود. سپس اثر زاويه شيب بدنه سيكلون با افق بر عملكرد هيدروسيكلون تعيين مي‌گردد. به اين منظور ابتدا مدل مناسب تحليل جريان دو فازي و مدل مناسب جهت شبيه‌سازي آشفتگي، جريان سيال به صورت عددي تحليل و نتايج با داده‌هاي آزمايشگاهي صحه‌گذاري مي‌شود. حل عددي قدرت بهينه و فركانس لازم براي تحريك آكوستيك را تعيين مي‌كند و نشان مي‌دهد در زواياي شيب مختلف چه قطري از ذرات با چه سرعتي بهتر جدا مي‌شوند. همچنين در اين پژوهش قطر و سرعت پاشش ذرات كه در آن به‌كارگيري چشمه صوت، بيشترين تاثير را بر افزايش بازده جداسازي ذرات دارد معرفي مي‌شود. در انتها با اعمال الگوريتم ژنتيك با تابع دو هدفه، از ميان تمام حالت‌هاي موجود، مدلي كه از نظر بيشترين بازده جمع‌آوري ذرات و كمترين افت فشار بهينه‌ است، معرفي مي‌گردد.

At the core of the conventional hydro cyclone, the secondary flow is created in the opposite direction of the primary flow which is adjacent the wall and causes sink pressure on the central axis of the hydro cyclone. This low pressure zone may drag fine particles to the core and enable them to escape from the upper section of hydro cyclone. In this research, by adding a sound source at the core of the hydro cyclone the separation performance of an acoustic hydro cyclone is studied. Then the effects of the hydro cyclone’s body tilt angle with the horizon are reviewed in the next step. To this end, the flow simulation is carried out by the appropriate turbulent and two-phase fluid flow model and consequently the results are validated with experimental data. The result shows the optimum strength and frequency of acoustic stimulation and the performance of conventional hydro cyclone in different tilt angles, particle diameters and inlet velocities. In addition, in this study, the optimum injection velocity for any diameters which has a considerable impact on separation efficiency of the acoustic cyclone, is introduced. Finally, by applying a genetic algorithm with two objective functions, among all the states, the model that has the highest efficiency and lowest pressure drop is selected.