مطالعه‌ي عددي رسوب زدايي لوله ها‌ي انحنادار با استفاده از امواج فراصوت

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

در سال¬هاي اخير، رسوب زدايي لوله ها با استفاده از امواج آلتراسونيك به علت ويژگي¬هاي آن مانند عدم ايجاد آلودگي براي محيط زيست، پيشگيري از ايجاد رسوب درون لوله و رسوب زدايي بدون توقف خطوط لوله، كاربرد بسيار فراواني در كليه¬ي صنعت¬هاي دريايي، غذايي، پالايشگاهي و ... پيدا كرده است. با نفوذ امواج آلتراسونيك از طريق متصل كردن مبدل فراصوت بر روي لوله¬هاي حاوي سيال، مانند سيال آب، فشار محلي در سيال افت پيدا مي¬كند و فشار آن ناحيه از فشار اشباع سيال كمتر مي¬شود و سبب رخ دادن پديده¬ي كاويتاسيون مي¬شود. بر اثر ايجاد شدن كاويتاسيون، انرژي بسيار زيادي ايجاد مي¬گردد و باعث رخ دادن پديده¬ي ميكروجت سيال و در ادامه¬ي آن باعث ايجاد منافذ و ترك هايي بر روي ذرات جامد چسبيده شده بر روي ديواره¬ي داخلي لوله مي¬¬¬شود. درون منافذ ايجاد شده بر روي سطوح ذرات جامد، حباب¬هاي بخار آب محبوس مي¬شوند. فشار داخلي حباب¬هاي كاويتاسيون از استحكام تسليم ذرات جامد فراتر مي رود و باعث در هم شكسته شدن ذرات جامد مي گردد. با توجه به اين كه پديده¬ي كاويتاسيون اصلي¬ترين مكانيزم رسوب زدايي لوله با استفاده از امواج فراصوت است، در اين پژوهش در ابتدا با استفاده از روش ديناميك سيالات محاسباتي، پديده¬ي كاويتاسيون در نرم افزار انسيس فلوئنت شبيه سازي مي¬گردد. نتايج حاصل از اين حل عددي با مقادير تجربي ساير پژوهش ها مطابقت مناسبي دارد. در گام بعدي، برهمكنش حباب¬هاي كاويتاسيون با ذرات رسوب جامد چسبيده بر روي سطح داخلي لوله با استفاده از حل مدل هاي چند فازي شبيه سازي گرديده است. در اين پژوهش اثر دامنه¬ي فشار صوت، دبي ورودي لوله، خواص مكانيكي رسوب، محل قرار گيري مجموعه¬ي مبدل فراصوت بر روي لوله و اثر وجود انحنا در لوله بر روي شدت كاويتاسيون بررسي شده است. با افزايش دامنه¬¬ي فشار آكوستيك، شدت كاويتاسيون بهبود مي يابد و در نتيجه باعث افزايش نرخ رسوب زدايي مي گردد. افزايش سرعت جريان سيال در ورودي لوله، باعث افزايش نرخ جريان جرمي سيال مي شود و باعث كاهش عملكرد امواج آلتراسونيك مي شود. در واقع افزايش سرعت جريان، افت فشار هيدروديناميكي در راستاي طولي لوله ايجاد مي كند. اين عامل باعث حذف حجم بيشتري از لايه¬ي رسوب در مقايسه با آب در حالت ساكن مي شود. خواص مكانيكي رسوب يكي از پارامتر هاي موثر بر شدت كاويتاسيون به شمار مي رود. با افزايش چگالي و تنش تسليم ذرات جامد رسوب، شدت كاويتاسيون كاهش پيدا مي كند و نيازمند امواج آلتراسونيك با قدرت بيشتري براي رسوب زدايي است. با افزايش فاصله¬ي بين ورودي لوله و محل اتصال مبدل فراصوت بر روي لوله، در حالتي كه سيال درون لوله در حالت سكون نباشد، شدت كاويتاسيون كاهش پيدا مي كند. قسمت اصلي اين پژوهش، به تجزيه و تحليل اثر ناحيه¬ي انحنا بر عملكرد امواج آلتراسونيك پرداخته شده است. بر اساس نتايج اين پژوهش، شدت امواج آلتراسونيك در ناحيه¬ي انحنا كاهش پيدا كرده است. نتايج نشان داده است كه با افزايش نسبت انحنا در لوله، كاويتاسيون با شدت كمتري رخ داده است.

225387

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان