اثر مدل‌هاي آشفتگي در شبيه‌سازي عددي جداكننده دو مرحله‌اي گريز از مركز

Effect of Turbulence Models on Numerical Simulation of a Two-Stage Centrifugal Separator

جداكننده‌هاي دو مرحله‌اي گريز از مركز، جديدترين نسل جداكننده‌هاي ثقلي مورد استفاده در پرعيارسازي و جدايش مواد معدني هستند. روش‌هاي پرعيارسازي ثقلي روش‌هايي هستند كه به وسيله آنها مي‌توان مخلوطي از ذرات با ابعاد، شكل و جرم مخصوص مختلف را به كمك نيروي ثقل، نيروي گريز از مركز و ديگر نيروها به كمك جريان سيال به خصوص آب (يا هوا) از يكديگر جدا ساخت. جريان داخل اين جداكننده‌ها همواره آشفته است. در شبيه‌سازي‌هاي عددي، انتخاب مدل آشفتگي مناسب از جنبه‌هاي مهم و كليدي براي پيش‌بيني دقيق الگوي جريان سيال است. هدف از اين مقاله يافتن مدل آشفتگي مناسب براي پيش‌بيني‌هاي هيدروديناميكي در جداكننده دو مرحله‌اي گريز از مركز به روش ديناميك سيالات محاسباتي است. بدين منظور شبيه‌سازي سه فازي جداكننده دو مرحله‌اي گريز از مركز با استفاده از مدل‌هاي k-e، RNG k-e و RSM انجام شده است. ارزيابي اثر مدل آشفتگي بر ميدان جريان با توجه به الگوي هسته هوا، توزيع سرعت و توزيع ذرات جامد بين جريان‌هاي مختلف جداكننده انجام شده است. در پايان نتايج حاصل از شبيه‌سازي CFD دستگاه با قطر 70ميلي‌متر با داده‌هاي آزمايشگاهي و تجربي اعتبارسنجي شد. درصد اختلاف نتايج شبيه‌سازي با استفاده از مدل آشفتگي RSM با نتايج تجربي در مورد بازيابي حجمي سيال و قطر هسته هوا در مراحل اول و دوم به ترتيب 4/73%،4/3% و 5/2% بود. نتايج حاصل از شبيه‌سازي با مدل‌هاي آشفتگي k-e، RNG k-e انطباق خوبي با نتايج تجربي نداشت.

Two-stage centrifugal separators are the last generation of gravity separators for the separation and upgrading of minerals. Gravity upgrading techniques are methods by which a mixture of particles with different dimensions, shapes, and masses can be separated by gravity, centrifugal force, and other forces by the flow of fluid, especially water (or air). The fluid flow inside such separators is always turbulent. The selection of a suitable turbulence model is an important stage for the prediction of the fluid flow pattern in numerical simulation. The purpose of this research was to find the suitable turbulence model for the prediction of hydrodynamic parameters in a two-stage centrifugal separator using computational fluid dynamics (CFD) modeling. For this purpose, multiphase simulation of the separator has been performed using five turbulence model including k-Ɛ, renormalization group (RNG k-Ɛ) and Reynolds stress model (RSM). Air core pattern, velocity distribution and partition curve of discrete phase were used for evaluation of the effect of turbulence model on the flow field. The results of the CFD simulation were validated using experimental data. The difference between the results of RSM simulation with the experimental results for fluid recovery, air-core size in the first and second stage of separator were 4.73%, 4.3% and 5.2%, respectively. The results of turbulence models of k-Ɛ and RNG k-Ɛ were not in accordance with the experimental results.