بررسی و ارزش‌یابی فرض‌های به کار برده شده در حل تحلیلی معادله‌های دیفرانسیل حاکم بر میدان جریان دستگاه سانتریفوژ گازی از طریق مقایسه‌ی آن با حل عددی انجام شده با رویکرد دینامیک سیالات محاسباتی

Abstract

کاربرد میدان نیروی مرکز گریز در سرعت‌های زاویه‌ای بالا در صنعت هسته‌ای به ویژه برای جداسازی ایزوتوپ‌های سنگین، هم در بعد صنعتی و هم برای کاربردهای آزمایشگاهی واضح و آشکار است. حل معادله‌های دیفرانسیل ترموهیدرولیک حاکم بر چنین میدان جریانی به علت سرعت چرخش با سرعت بالا و تراکم‌پذیری شدید جرم اندک گاز تزریق شده به دستگاه، بسیار پیچیده است. حل تحلیلی این معادله‌ها در چنین شرایطی تنها با اعمال فرض‌های متعدد ساده‌کننده امکان‌پذیر است. در این مطالعه، از حل عددی حجم محدود انجام شده با رویکرد دینامیک سیالات محاسباتی برای ارزش‌یابی فرض‌های حاکم بر حل تحلیلی و بررسی اثر حذف این فرض‌ها بر متغیرهای اصلی میدان جریان، استفاده شده است. برای انجام این مهم، از میان روش‌های تحلیلی موجود برای حل معادله‌های پایستگی حاکم بر این میدان جریان، روشی که با اعمال کم‌ترین فرض همراه است، برگزیده شد. در روند انجام این حل تحلیلی، نکات کلیدی، از شکل پایه‌ی معادله‌های پایستگی تا انتها بررسی و بر این اساس، مجموعه فرض‌های اعمال شده، در چهار عنوان گردآوری شد. سپس این فرض‌ها به حل عددی انجام شده در محیط نرم‌افزار فلوئنت، که نیازمند برنامه‌نویسی بود، اعمال و نتیجه‌ها با حل تحلیلی مقایسه و بدین وسیله صحت‌سنجی شد. در گام بعدی، براساس حذف تصاعدی چهار فرض، چهار حالت متفاوت تعریف شد. نتیجه‌های جدید و پرمعنایی که از مقایسه‌ی نتیجه‌های این حالت‌ها حاصل شد، انگیزه‌ی اصلی ارایه‌ی این مقاله بود. این بررسی، علاوه بر نشان دادن کارآیی بالای رویکرد دینامیک سیالات محاسباتی در شبیه‌سازی این میدان جریان پیچیده، به خوبی علت گرایش طولانی‌مدت به حل تحلیلی را با وجود فرض‌های متعدد آن، به ویژه در ارتباط با توزیع شعاعی سرعت جرم در راستای محور دستگاه به علت اثر متضاد و حذف‌شونده‌ی تغییر متغیرهای تشکیل‌دهنده‌ی آن نشان داد. <br /> <br />