مدل‌سازي عددي جريان در خشك‌كن پاششي دو جداره نيمه صنعتي و تعيين الگوي ‏انتقال حرارت در ديواره به روش ديناميك سيال محاسباتي

Computational Fluid Dynamic Simulation of Flow Pattern and Heat ‎ Transfer in a Pilot Plant Spray Dryer with Cooling Air Jacket

مدل‌سازي عددي جريان سيال درون خشك‌كن پاششي دو جداره به صورت تقارن محوري با استفاده از روش ديناميك سيال ‏محاسباتي انجام و جهت مدل‌سازي جريان آشفته، از مدل ‏k-?‏ استاندارد استفاده شده‌ است. در اين راستا، الگوي جريان هوا ‏و تغييرات دماي درون محفظه خشك‌‌كن و در جداره جريان هواي خنك‌ آن بررسي و عايق‌ مناسب نيز جهت سقف محفظه ‏خشك‌كن‌ انتخاب شد. براي بررسي ميزان قابليت اعتماد و صحت نتايج حاصل از شبيه‌سازي، در آزمايشگاه در ارتفاع‌هاي ‏مختلف برج خشك‌كن و در فواصل مختلف شعاعي، تغييرات سرعت با سرعت‌سنج سيم داغ و تغييرات دما با حسگرهاي نصب ‏شده در خشك‌كن، اندازه‌گيري و با مقادير حاصل از مدل‌سازي مقايسه شد. بر اساس نتايج حاصل از مدل‌سازي عددي، الگوي ‏جريان هوا شامل يك هسته مركزي پر سرعت است كه به سمت پايين محفظه‌ خشك‌كن گسترش مي‌يابد. در اطراف هسته ‏مركزي گردابه‌هايي ايجاد مي‌شود كه باعث برگشت ذرات به طرف بالاي برج خشك‌كن خواهد شد. دما در اطراف هسته ‏مركزي بيشتر است و با دور شدن از اين هسته شروع به كاهش مي‌كند و اين روند تا ناحيه نزديك ديواره ادامه مي‌يابد. ‏خطوط جريان در جداره خنك‌كننده، نشان دهنده‌ حركت هموار لايه‌هاي جريان هوا در طول مسير است. تغييرات سرعت در ‏راستاي محوري درون جداره خنك‌كننده بسيار ناچيز است و بيشترين مقدار‌ سرعت در خط مرزي وسط جداره وجود دارد. در ‏جداره خنك‌كننده در محل اتصال قسمت استوانه‌اي به قسمت مخروطي، اغتشاش اندكي وجود دارد كه باعث تغيير مسير ‏جريان به سمت لايه بيروني جداره خنك‌كننده مي‌شود. با در نظر گرفتن درصد كاهش اتلاف حرارتي، نسبت رسانش گرمايي ‏به ضخامت عايق (‏K/L‏) محاسبه و بر اساس مقدار آن، جنس و ضخامت عايق انتخاب شد.‏

In this study, a numerical simulation was developed for flow in a pilot plant spray dryer with a cooling air ‎jacket using the CFD method. A k-? standard model was used to simulate turbulence. Air flow patterns ‎and temperature variation in the chamber and cooling air jacket were estimated and suitable insulation ‎calculated for the ceiling of the chamber. To verify the numerical results, velocity in the dryer was ‎measured using a portable hot wire anemometer. Temperature variation was measured using transmitters ‎installed at varying heights in the chamber. The numerical results showed that flow pattern consisted of a ‎high velocity core extending toward the end of dryer. A circular flow around the circumference of the ‎flow created vortices and caused particles to turn back toward the top of the dryer. The maximum ‎temperature was at the core of the air flow and temperature decreased from the core toward the dryer wall. ‎The flow path line in the cooling air jacket showed that the air layers were in smooth and harmonic ‎motion around one another that produced little variation in axial velocity in this zone; however, at the ‎junction of the cylindrical and conical parts of dryer jacket, some flow deviation occurred toward the wall. ‎Adequate insulation for the ceiling was chosen according to the ratio of heat conductivity to the thickness ‎of the insulator (k/L).‎