Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Reza Ehsani,Mohsen DavazdahEmami
محمدرضا احسانی (استاد راهنما) محسن دوازده امامی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohammad Reza Khosravi Nikou
محمدرضا خسروی نیکو

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1382

TITLE

Three Dimensional Simultaneously Simulation of Hydrodynamics, Mass and Heat Transfer in a structured Packing
This research is divided in two main sections. The first part is about unsteady state simulation of rivulet liquid film flow over flat and corrugated plate without existing gas phase. Investigation showed liquid film width is rapidly increased when the angle of inclined plate decreased. Maximum liquid film thickness remained constant when the angle of inclined plate changes between 45 and 65 degree. By decreasing contact angle liquid film width and maximum liquid film thickness are increased. Simulations revealed that surface tension had no considerable effect on rivulet flow; also, liquid film width and maximum thickness are changed with varying viscosity. Comparisons between rivulet flow over flat and corrugated plates showed that maximum liquid film velocity and thickness in corrugated plate are more than flat plate but liquid film width is less when the contact angle is less than 24.5 degree. From these results, one may found when the contact angle is small, surface waviness causes increasing liquid velocity and prohibit spreading liquid film over surface. When contact angle is more than 67 degree, liquid film velocity decreased and liquid film width increased. Moreover, maximum liquid film thickness remained nearly constant, therefore, surface waviness causes increasing liquid and gas phase contacting area. In the second part of this thesis, firstly, single phase flow of air through a complete element of Flexipac 1Y is simulated at steady state using CFD method. After that, the flow of air-water is simulated in Flexipac 1Y to investigate hydrodynamics of two-phase flow. During these simulations, four different turbulent models are tested and found k-? base model is the most appropriate turbulent model for simulation of hydrodynamics in structured packing. CFD analysis is used to simulate simultaneously momentum, mass and heat transfer in a binary mixture of Cyclohexane-n-Heptane distillation in structured packing. At the end, four different turbulent models are used for simulation and found again k-? base model is the best choice for simulation of turbulence in a complex geometry of structured packing.
این تحقیق شامل دو بخش مجزا می باشد. در بخش اول حرکت فیلم مایع بر روی صفحات صاف و موجدار به منظور بررسی تاثیر موجدار شدن سطح بر خصوصیت ترشوندگی آن با مطالعه بیشینه ضخامت و پهنای فیلم مایع، بدون حضور فاز گاز در حالت گذرا شبیه سازی شده است. مطالعات نشان داد که پهنای فیلم مایع با کاهش زاویه سطح شیب دار، هنگامیکه زاویه کمتر از 45 درجه می شود، به سرعت افزایش می یابد. ضخامت فیلم مایع هنگامیکه زوایه سطح شیب دار بین 45 تا 65 درجه است ثابت باقیمانده و کاهش زاویه تماس سبب بوجود آمدن فیلمی با پهنا و ضخامت بیشتر می‌شود. کشش سطحی تأثیر چندانی بر پروفیل فیلم مایع نداشته و پهنا و ضخامت فیلم نیز متناسب با ویسکوزیته تغییر می‌نماید. از مقایسه نتایج حرکت فیلم مایع روی صفحه صاف با صفحه موجدار مورب مشخص شد که در زاویه تماس کوچک (5/24 درجه) مقدار بیشینه سرعت فیلم مایع برای صفحه موجدار بیش از صفحه صاف می‌باشد، اما پهنای فیلم مایع کمتر و بیشینه ضخامت فیلم مایع بیشتر است. بنابراین مشخص می‌شود که موجدار شدن سطح در زاویه تماس‌های کوچک، سبب افزایش سرعت حرکت فیلم مایع شده و مانع از پخش شدن آن بر روی صفحه می‌شود. برای زاویه تماس‌های بزرگتر (67 درجه)، سرعت حرکت فیلم مایع کاهش یافته و پهنای آن افزایش می یابد. میزان بیشینه ضخامت فیلم مایع نیز تقریباً ثابت خواهد ماند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که موجدار شدن صفحات در هنگامیکه زاویه تماس مایع با جامد بزرگ باشد سبب افزایش سطح تماس فاز گاز – مایع می‌شود. در بخش دوم در ابتدا جریان تک فازی هوا در داخل یک المان کامل از Flexipac 1Y بصورت پایا شبیه سازی شد و سپس هیدرودینامیک جریان دوفازی آب-هوا مورد مطالعه قرار گرفته است. در این قسمت چهار مدل مختلف توربولان بررسی و مشخص شد که بهترین مدل برای آنالیز CFD آکنه های ساختار یافته مدل k-? می باشد. پس از آن، آنالیز CFD برای شبیه سازی همزمان پدیده های انتقال اندازه حرکت، جرم و حرارت برای مخلوط دو جزئی سیکلوهگزان-نرمال هپتان انجام پذیرفت. در این بخش نیز چهار مدل توربولان مورد مطالعه قرار گرفت و مشخص شد که مدل k-?، بهترین و دقیقترین مدل دوپارامتری برای بررسی اغتشاش در آکنه های ساختار یافته می باشد. همچنین شبیه سازیها نشان داد که درصورت عدم امکان استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی برای بدست آوردن توزیع دما، می توان در سیستمهای مشابه که واکنش شیمیایی رخ نمی دهد از فرض تعادل ترمودینامیکی اشتفاده نمود و توزیع دمای گاز و مایع را با اختلاف دمای حدود 7/0 درجه سانتیگراد نسبت به محاسبات CFD بدست آورد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی