مدل سازی میکسرهای استاتیک

میکسری که حرکت نمی‌کند ممکن است شبیه یک اکسی مورون به نظر برسد، اما اینطور نیست. میکسرهای استاتیک که در کاربردهای مختلف حمل و نقل گونه های شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند، ارزان، دقیق و همه کاره هستند. با این حال، همیشه جایی برای پیشرفت وجود دارد. بهینه سازی طراحی میکسرهای استاتیک نیاز به مدل سازی کامپیوتری دارد، اما روش های سنتی CFD ممکن است بهترین راه برای مدل سازی این میکسرها نباشد. این میکسرهای بی حرکت چگونه کار می کنند و چگونه می توان عملکرد آنها را شبیه سازی کرد؟

میکسرهای استاتیک چگونه کار می کنند

میکسرهای استاتیک شامل پمپاژ دو جریان سیال (مایع یا گاز) از طریق لوله ای حاوی تیغه های پیچ خورده است . زوایای مختلف تیغه ها چیزی است که باعث مخلوط شدن سیال می شود. هنگامی که مایعات با فشار وارد لوله می شوند، از تیغه ها پریده و در نهایت با هم ترکیب می شوند. میکسرهای استاتیک در بسیاری از صنایع مختلف از جمله تصفیه آب، پتروشیمی، خودروسازی، داروسازی و غیره استفاده می شود.

از آنجایی که این نوع اختلاط تلفات کمی در فشار ایجاد می کند، یک تکنیک عالی برای اختلاط جریان آرام است . جریان آرام با همرفت حرکتی کم و انتشار تکانه بالا مشخص می شود. برخلاف جریان آشفته، که نظم کمتری دارد و منجر به اختلاط جانبی می شود، جریان آرام در سرعت های پایین تر اتفاق می افتد.

مدل سازی میکسرهای استاتیک لامینار

در بهینه سازی طراحی یک میکسر استاتیک می توانید در دو قسمت به مشکل نگاه کنید. عملکرد میکسر را می توان با محاسبه زیر ارزیابی کرد:

1. انحراف معیار غلظت
2. مسیر ذرات معلق از طریق مخلوط کن

فرض کنید یک گونه شیمیایی داریم که قرار است در دمای اتاق در آب حل شود. ابتدا از COMSOL Multiphysics و ماژول مهندسی واکنش شیمیایی برای محاسبه انحراف استاندارد غلظت استفاده خواهیم کرد . این مرحله به ما امکان می دهد تا سرعت و فشار سیال را هنگام حرکت در لوله از ورودی به خروجی محاسبه کنیم. در اینجا می توانید فرآیند اختلاط را از طریق یک سری مقاطع تجسم کنید:

نمودارهای مقطعی غلظت در فواصل مختلف از ورودی لوله.

در مرحله دوم برای تعیین مسیر ذرات در لوله باید از ماژول ردیابی ذرات استفاده کنیم. این به عنوان یک مطالعه جداگانه، پس از مرحله 1 انجام می شود. برخی به دیواره های مخلوط کن می چسبند. با اجرای مشکل در ماژول ردیابی ذرات، می توانیم تعیین کنیم که چه تعداد ذره در داخل مخلوط کن گیر کرده است.

نمودار موقعیت ذرات در نقاط مختلف زمان. ذرات قرمز و آبی نشان دهنده دو سیال متفاوت هستند.

همانطور که در بالا ذکر شد، هنگام مدل‌سازی میکسرهای استاتیک، روش‌های سنتی CFD ممکن است برای کار حذف نشوند. این به دلیل انتشار عددی است، که فرآیند اختلاط را تقلید نمی کند، زیرا مدل کامپیوتری انتشار بالاتری نسبت به آنچه که هست نشان می دهد. این مشکل در مقاله ای در مورد “مدل سازی میکسرهای استاتیک جریان آرام” (در صفحه 64) در نسخه 2012 COMSOL News بررسی شده است . در اینجا می توانید ببینید که Veryst Engineering و Nordson EFD چگونه این نوع میکسرها را بهینه کردند. آنها با استفاده از هر دو ماژول CFD و ردیابی ذرات ، یک ابزار مدل سازی جدید برای شبیه سازی های خود توسعه دادند . این یک مطالعه موردی نسبتاً جذاب است، بنابراین اگر به بهینه سازی طرح های میکسر علاقه دارید، خواندن مقاله را توصیه می کنم.

منابع بیشتر

• میکسر استاتیک لامینار
• مسیر ذرات در یک میکسر استاتیک آرام

برنده چالش جهانی خورشیدی

برنده مسابقه افتتاحیه جنرال موتورز بود و یکی دیگر از خودروسازان معتبر فورد در جایگاه دوم قرار گرفت. اما این روزها، این دانشگاه ها هستند که بهترین طرح ها را می سازند و در صدر قرار می گیرند. در سال 2011، دانشگاه میشیگان سوم شد.

بخش کلیدی اصلاحات طراحی آنها مربوط به باتری ها بود. طبق قوانین مسابقه، ظرفیت باتری ها به 5 کیلووات ساعت محدود شده است و در طول مسابقه قابل تعویض نمی باشد. این ضروری است که آنها به خوبی طراحی شده باشند.

دانشجویان دانشگاه میشیگان با گرمای بیش از حد مشکل داشتند و با استفاده از مدل سازی، مناطق مقاومت داخلی و جاهایی که جریان بیش از حد وجود داشت را شناسایی کردند. فکر می کنم خواندن آن برای شما جالب خواهد بود: www.deskeng.com/articles/aabdpc .