بررسی تجربی و شبیه‌سازی عددی یک جریان سه‌فازی بستر سیال به‌کمک ردیابی تصویری ذرات

Abstract

به لحاظ اهمیت اثرات پاشش فاز مایع در راکتورهای بالارونده شکست کاتالیستی سیال (FCC)، بررسی تجربی و شبیه‌سازی مشخصه‌های هیدرودینامیکی یک بستر سیال سه‌فازی مورد توجه قرار گرفته است. بر اساس یک مدل سه‌بعدی گذار، یک شبیه‌سازی سرد با رویکرد اویلری مشابه شرایط واقعی جریان انجام گرفت. در کار حاضر، معادلات حاکم، شامل پیوستگی، ممنتوم و انتقال حرارت برای فازها، یک معادله دمای دانه‌ای برای تعیین برهم‌کنش ذرات جامد مطابق تئوری سینتیک جریان دانه‌ای و یک مدل اغتشاش پراکنده، برای توصیف اثرات آشفتگی جریان چندفازی به‌کار برده شدند. حل معادلات به‌کمک روش حجم محدود صورت گرفت. علاوه بر توزیع کسر حجمی فازها، برای تعیین سرعت ذرات جامد به شیوه ردیابی تصویری ذرات (PIV)، از یک سامانه تصویربرداری دیجیتالی برداشت سریع استفاده شد. با اعمال الگوریتم همبستگی متقابل، مقادیر و نیز توزیع سرعت محوری و شعاعی ذرات در ارتفاعات مختلف رایزر به‌دست آمدند. نتایج شبیه‌سازی دوفازی نشان می‌دهد که در اکثر مقاطع یک توزیع سهموی از سرعت ذرات وجود دارد، به‌گونه‌ای که سرعت در نزدیکی دیواره بستر مقادیر کمتری نسبت به نواحی میانی دارد. متقابلاً، نتایج سه‌فازی آشکار می‌کند که فاز سوم تزریق شده تغییرات عمده‌ای را در الگوی جریان ایجاد کرده است. نتایج شبیه‌سازی بر پایه CFD مطابقت خوبی با داده‌های تجربی نشان می‌دهد.