بررسي هيدروديناميك سانتريفيوژ گازي با استفاده از تحليل CFD

Hydrodynamics Investigation of the Gas Centrifuge

با توجه به كاربرد سانتریفیوژها برای حذف آلاینده­های گازی، دانش و شناخت دقیقی از رفتار جریان درون یك سانتریفیوژ، اهمیت و ضرورت زیادی برای طراحی و بهینه ­سازی عملكرد آن دارد. در این پژوهش، هیدرودینامیك و انتقال گرمای سانتریفیوژ گازی در حالت ناپایا، سه بعدی و با فرض تراكم­پذیری سیال با استفاده از روش CFD شبیه ­سازی شده است. با توجه به چرخش دیواره خارجی سانتریفیوژ با سرعت بالا، دیدگاه چند قاب مرجع چرخان (MRF) با به­ كارگیری مدل درهمی RNGk-e و RSM در مدل محاسباتی استفاده شده است. نتیجه­های به دست آمده از مدل محاسباتی شامل توزیع فشار، سرعت، دما و الگوی جریانی حركت سیال در سانتریفیوژ گازی می ­باشد. مقایسه نتیجه ­های به دست آمده از شبیه­سازی CFD با استفاده از دو مدل اغتشاش RNG k-e و RSM نشان می­دهد كه اختلاف ناچیزی بین سرعت و فشار شعاعی سیال وجود دارد بنابراین با توجه به هزینه محاسباتی بالای مدل درهمی RSM، مدل درهمی RNG k-e برای بررسی ویژگی ­های جریان درهم در سانتریفیوژ گازی مناسب می باشد. نتیجه ­های به دست آمده از مدل محاسباتی نشان می ­دهد كه چرخش سیال در سانتریفیوژ، جریان خوراك ورودی و همچنین وجود مجراهای خروج جریان از بالا و پایین، ساختار جریان و حركت محوری سیال در سانتریفیوژ گازی را به شدت تحت تأثیر قرار می ­دهند.

Regard to the extensive applications of gas centrifuges to remove gas pollutants, detailed knowledge of the flow behavior inside a gas centrifuge is important and necessary to properly design and optimization of its operation. In this research, gas centrifuge hydrodynamic and heat transfer phenomena have been simulated in unsteady state condition, three dimensional and supposing gas phase as compressible flow using CFD technique. According to high speed rotation of gas centrifuge outer wall, Multiple Rotating Reference Frame (MRF) approach applying k-ε RNG and RSM turbulence model was implemented in computational model. Computational model results include pressure, velocity, temperature profile as well as fluid flow pattern in the gas centrifuge. Comparing the CFD simulation results applying the RNG k-ε and RSM turbulence models, indicate that there are little difference between the velocity and radial pressure of the fluid. Hence, considering the high computational cost of the RSM model, the RNG k-ε turbulence model seems efficient in determining the turbulent fluid characteristics in gas centrifuges. The CFD simulation results approved that fluid swirl in gas centrifuge, feed inlet as well as upper and bottom scoops, extremely affects fluid flow pattern and axial gas velocity.