مدل‌سازي چند‌مقياسه فرايند گرانولاسيون در بستر سيال

دكتري

گرانولاسيون مرطوب بستر سيال (FBWG) از طريق افزايش اندازه ذرات اوليه، محصولات دانه‌اي با تخلخل بالا و توزيع اندازه يكنواخت، توليد مي‌كند. در اين مطالعه، چارچوبي چندمقياسه تلفيق شده، با بكارگيري روش المان گسسته (DEM) و مدل‌سازي موازنه جمعيت (PBM) به همراه اطلاعات ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) و مدل‌هاي مكانيستيك براي مدل‌سازي فرايند FBWG به كار گرفته شده است. پارامترهايي شامل سطح ترشده، تبخير چسب و برخورد بين ذرات در مقياس ميكرو به كار گرفته شده‌اند تا توزيع اندازه ذرات را توسط PBM در مقياس ماكرو پيش‌بيني كنند. براي مدل‌سازي پديده‌هاي ميكرو مقياس، در ابتدا زنجيره‌اي از اتفاق‌هاي محتمل در سطح قطره-ذره و يك نقشه مقياسي از فرايند FBWG بر اساس پديده‌هايي كه در سه مقياس ميكرو، مزو و ماكرو رخ مي‌دهد، ارائه شده است. در بررسي تبخير چسب، ابتدا مدل تحليلي براي تبخير قطره منفرد با استفاده از آناليز انتقال جرم از قطره كروي كه داراي سرعت نسبي نسبت به محيط مي‌باشد و در نظر گرفتن تغيير نرخ تبخير با تغيير قطر قطره، بدست آمده است. در مرحله بعد، مدل تبخير قطره چسبنده از مدل رياضي موجود در مقالات، به كار گرفته شده است. همچنين، مدل تبخير پل مايع از روش انتقال جرم/نفوذ بدست آمده و زمان شكست پل مايع محاسبه شده است. سطح ترشده ذره يا پخش قطره، بر روي احتمال تجمع ذرات در FBWG اثر مي‌گذارد، قطره يا به آرامي پخش مي‌شود (پخش قطره ساكن) يا بر روي سطح برخورد مي‌كند و سپس پخش مي‌شود (پخش برخوردي). پخش قطره ساكن توسط موازنه بين نيروها و در نظر گرفتن تغيير حجم قطره به دليل تبخير، پخش برخوردي با به كار گيري مدل درجه دوم و در نظر گرفتن تبخير چسب و رفتار كلي پخش قطره بر روي سطح توسط شبكه عصبي ناركس مدل شده اند. برخورد بين ذرات توسط كوپل CFD-DEM در سيستم جامد-گاز سه بعدي، شبيه‌سازي و پارامترهاي برخورد توسط پس پردازش خروجي تعيين شده است. انتقال يك طرفه اطلاعات برخوردي و پارامترهاي مكانيستيكي به PBM به كار گرفته شده تا بين اثرات برهم كنش بين ذره-سيال و پارامترهاي فرايندي با توزيع اندازه گرانول‌ها، ارتباط برقرار كند. ارتباط بين مدل‌هاي ميكرو مقياس و PBM از طريق توسعه دو كرنل تجمع و شكست، انجام شده‌ است. در نهايت با مقايسه مدل چندمقياسه با نتايج آزمايشگاهي موجود، ميانگين خطايي در حدود 3/12 درصد در پيش‌بيني قطر متوسط ذرات بدست آمد كه نشان دهنده دقت مناسب مدل ارائه شده در پيش‌‌بيني ديناميك سيستم است.

194827

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي فرايند

دكتر محمد امين ثباتي - دكتر سلمان موحدي راد