مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه تجربی و عددی عوامل موثر بر عملکرد تغلیظ‌کننده‌ غبار مارپیچ یک‌کاناله در جداسازی پودر سیاه خطوط انتقال گاز

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
دانشکده شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
چکیده
در این مقاله جداسازی ذرات پودر سیاه از هوا توسط تغلیظ‌کننده‏ غبار مارپیچ یک‌کاناله به‌صورت آزمایشگاهی مطالعه شده و با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی، بازده و اُفت فشار دستگاه در شرایط عملیاتی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. سامانه آزمایشگاهی شامل یک کانال مارپیچ با ۲۹ انشعاب جریان رقیق خروجی و دو مکنده در خروجی‌های آن بوده که امکان آزمون در شرایط دبی ورودی بالا فراهم شده است. در انجام آزمایشات از ذرات پودر سیاه با دانه‌بندی مشخص استفاده شده است. میانگین اندازه ذرات آن پس از انجام آزمون DLS و پردازش تصاویر SEM، µm ۰/۳۲۷ مشخص شد. شبیه‌سازی CFD تغلیظ‌کننده‏ مارپیچ یک‌کاناله برای جریان هوا- پودر سیاه با نرم‌افزار FLUENT انجام شده است. برای شبیه‌سازی اغتشاشات، از مدل اغتشاش Realizable k-ε به‌عنوان یک مدل بهینه از نظر دقت و سرعت در شبیه‌سازی استفاده شده است. برای اعتبارسنجی نتایج شبیه‌سازی، داده‌های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته‌اند که خطایی حدود ۵/۲% را نشان می‌دهد. برای بررسی تاثیر شرایط عملیاتی سیستم، دبی‌های جرمی هوای ورودی و کسر جرمی‏های جامد مختلف مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج نشان دادد که با افزایش دبی به اندازه ۵۸% بازده شبیه‌سازی ۴/۱% افزایش پیدا می‌کند. همچنین با افزایش کسر جرمی جامد از ۷ به ۲۰%، بازده تغییر محسوسی نداشت.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental and Numerical Study of Effective Parameters on Helical One-channel Dust-concentrator Performance for Separation of Black Powder of Gas Pipeline

نویسندگان English

S. Jamshidifard
M. Shirvani
N. Kasiri Bidhendi
S. Movahedirad
Chemistry Department, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
چکیده English

In this paper, black powder of the separation from air flow by a helical one-channel dust concentrator have been experimentally studied and the efficiency and pressure drop have been investigated by Computational fluid dynamics (CFD) simulations in different operating conditions. Experimental set-up is a helical one-channel including 29 branches for exporting diluted stream out. It also has two suction devices at the ends of channels in order to provide testing in high inlet flow. Black powder particles with certain particle size distribution have been tested, whose average particle size has been determined 0.327 µm by DLS and SEM images processing. CFD simulation of helical one-channel dust concentrator for air-black powder separation has been done with FLUENT software. The Realizable k-ε turbulent model, as an optimal turbulence model in terms of accuracy and speed in simulation, has been used. According to evaluation of the results, the experimental results have been compared and it showed 5.2% error. To investigate the effect of operating condition, the various air flow rate and solids mass fractions were investigated and the results showed that the simulation efficiency has increased more than 4.1% by increasing 58% of the inlet volumetric flow rate. The separation efficiency had no change by increasing the solid mass fraction from 7% up to 20%.

کلیدواژه‌ها English

Helical Dust-concentrator
simulation
Separation efficiency
Pressure drop
Zhao JQ, Abrahamson J. The flow in conical cyclones. 2nd International Conference on CFD in the mineral and process industries CSIRO, 6-8 December, 1999, Melbourne, Australia. Canberra: CSIRO; 1999. [Link]
Zhao B, Shen H, Kang Y. Development of a symmetrical spiral inlet to improve cyclone separator performance. Powder Technology. 2004;145(1):47-50. [Link] [DOI:10.1016/j.powtec.2004.06.001]
Azadi M, Azadi M, Mohebbi A. A CFD study of the effect of cyclone size on its performance parameters. Journal of Hazardous Materials. 2010;182(1-3):835-841. [Link] [DOI:10.1016/j.jhazmat.2010.06.115]
Barth W. Design and layout of the cyclone separator on the basis of new investigations. Aerosol Technology. 1956;8(1):1-9. [Link]
Gimbun J, Chuah TG, Fakhru'l-Razi A, Choong TSY. The influence of temperature and inlet velocity on cyclone pressure drop: A CFD study. Chemical Engineering and Processing Process Intensification. 2005;44(1):7-12. [Link] [DOI:10.1016/j.cep.2004.03.005]
Yang J, Sun G, Gao C. Effect of the inlet dimensions on the maximum-efficiency cyclone height. Separation and Purification Technology. 2013;105:15-23. [Link] [DOI:10.1016/j.seppur.2012.12.020]
Qian F, Zhang J, Zhang M. Effects of the prolonged vertical tube on the separation performance of a cyclone. Journal of Hazardous Materials. 2006;136(3):822-829. [Link] [DOI:10.1016/j.jhazmat.2006.01.028]
Obermair S, Staudinger G. The dust outlet of a gas cyclone and its effects on separation efficiency. Chemical Engineering and Technology. 2001;24(12):1259-1263.
https://doi.org/10.1002/1521-4125(200112)24:12<1259::AID-CEAT1259>3.0.CO;2-O [Link] [DOI:10.1002/1521-4125(200112)24:123.0.CO;2-O]
Sadighi S, Shirvani M, Esmaeli M, Farzami R. Improving the removal efficiency of cyclones by recycle stream. Chemical Engineering and Technology. 2006;29(10):1242-1246. [Link] [DOI:10.1002/ceat.200600085]
Akhbarifar S, Shirvani M, Zahedi S, Zahiri MR, Shamsaii Y. Improving cyclone efficiency by recycle and jet impingement streams. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering. 2011;30(2):119-124. [Link]
Jamshidifard S, Shirvani M, Kasiri N, Movahedirad S. Improved fine particle removal from gas streams using a new helical-duct dust concentrator. Chemical Engineering Research and Design. 2016;114:280-286. [Link] [DOI:10.1016/j.cherd.2016.08.031]
Asaadi F, Eyvazi M, Shirvani M, Hashemabadi SH. Experimental and numerical study of spiral-channels dust separator for separation of black powder of gas pipeline. Modares Mechanical Engineering. 2018;18(8):61-70. [Persian] 15- Tsochatzidis NA. Study addresses black powder's effects on metering equipment. Oil and Gas Journal. 2008;106(12):56-63. [Link]
Chen J, Liu X. Simulation of a modified cyclone separator with a novel exhaust. Separation and Purification Technology. 2010;73(2):100-105. [Link] [DOI:10.1016/j.seppur.2010.03.007]
Bernardo S, Mori M, Peres AP, Dionisio RP. 3-D computational fluid dynamics for gas and gas-particle flows in a cyclone with different inlet section angles. Powder Technology. 2006;162(3):190-200. [Link] [DOI:10.1016/j.powtec.2005.11.007]
Tsochatzidis NA. Study addresses black powder's effects on metering equipment. Oil and Gas Journal. 2008;106(12):56-63. [Link]