بررسي عددي نشست و حذف ذرات جامد آلاينده روي يك فيلتر مربعي به روش شبكه بولتزمن

Numerical Study of Solid Particle Deposition on a Square Filter Using Lattice Boltzmann Method

در اين پژوهش‌، جريان سيال به همراه ذرات جامد درون كانالي حاوي مانع مربعي شبيه سازي شده است. براي حل معادلات ممنتوم و انتقال حرارت، از روش شبكه بولتزمن دو بعدي استفاده شده است. در ابتدا جريان هاي همدما و غيرهمدما درون مجرا و از روي مانع به روش شبكه بولتزمن شبيه سازي شده، سپس با اضافه كردن معادله حركت ذرات، چگونگي حركت ذرات مورد بررسي قرار گرفته است. روش لاگرانژي، براي بررسي حركت ذرات جامد استفاده و از تاثير ذرات روي جريان سيال صرف نظر شده‌است. نتايج حاصل از بررسي الگوي جريان همدما اطراف مانع نشان داد كه با افزايش رينولدز فركانس جريان كاهش مي يابد؛ همچنين بررسي جريان غير همدما اطراف مانع، نشان دهنده افزايش ناسلت متوسط با افزايش نسبت انسداد است. نتايج حاصل از بررسي نشست ذرات روي مانع، نشان داد كه با افزايش عدد رينولدز، ميزان تجمع ذرات ريز افزايش يافته؛ ولي جذب ذرات درشت در رينولدز هاي پايين بهتر صورت مي گيرد. نيروي ترموفورسيس بر ذراتي با اندازه كمتر از 1 ميكرومتر تاثير مي گذارد و سبب افزايش بازده جذب اين اندازه ‌از ذرات مي شود. نتايج اين تحقيق، تطابق قابل قبولي با پيش بيني هاي تيوري و مشاهدات آزمايشگاهي دارد.

In this study, the motion of solid particles and fluid flow pattern around square cylinders is simulated. Two dimension Lattice Boltzmann method (LBM) is used to solve momentum and energy equation. To achieve this aim, first, the isothermal and nonisothermal fluid flow around obstacle is simulated by LBM; then, transport of the particles are evaluated while the equation of motion is employed. In this context, Lagrangian method is applied for simulating solid particles where the effect of particles on the flow is ignored. According to the obtained results, simulating the isothermal flow around the circular cylinder shows that with increasing Reynolds number decreased frequency of the flow. Also, investigating on nonisothermal flow around obstacle shows that with increasing blockage ratio, Nusselt number was increased. The results shows that with increasing Reynolds number deposition of small particles are increased, but deposition of large particles at low Reynolds number are better. Thermophoresis force is affected on particle smaller than 1µm and capture efficiency of particles was increased. Our results are good agreement with previous theoretical predictions and experimental observation.