مدل سازی، شبیه سازی دینامیک سیال محاسباتی (cfd) و بهینه سازی فرآیند خشک کردن تحت تاثیر الکتروهیدرودینامیک
Abstract
تقویت انتقال جرم سبب افزایش بازده و صرفه جویی در زمان فرآیندهای شامل انتقال جرم می شود. از طرفی این افزایش انتقال جرم می تواند به صورت فعال یا غیر فعال صورت پذیرد. در روش فعال نیروهای خارجی مانند نیروهای الکتریکی و مغناطیسی سبب افزایش شدت انتقال جرم می شوند. در روش های غیر فعال تغییر در هندسه مجموعه همانند شیار دار کردن سطوح سبب افزایش شدت انتقال می شود. روش الکتروهیدرودینامیک به عنوان یک روش فعال می باشد که ضمن صرف انرژی کمتر نسبت به روش های سنتی خشک کردن خطری برای محیط زیست نیز ایجاد نمی کند. این روش به فرایند کوپل کردن میدان الکتریکی با میدان سیال در محیط سیال دی الکتریک با اعمال یک نیروی حجمی اضافه از طرف میدان اعمال شده به سیال تلقی می گردد. در این روش هر دو میدان ولتاژ بالا و جریان پایین مستقیم و غیر مستقیم می تواند بر سیال دی الکتریک جاری بین الکترودهای مثبت و منفی اعمال گردد. پژوهش ها نشان دهنده افزایش 200 تا500 درصدی افزایش شدت انتقال جرم در صورت استفاده از الکتروهیدرودینامیک می باشد. در پژوهش حاضر معادلات حاکم بر فرآیند خشک کردن تحت تاثیر الکتروهیدرودینامیک استخراج شد. پس از استخراج معادلات حاکم با توجه به شرایط هندسه موجود در پژوهش حاضر شرایط مرزی مناسب انتخاب شد. با حل معادلات حاکم و تایید صحت آن پس از مقایسه با داده های تجربی تحلیل حساسیت مدل با تغییر پارامترهای تاثیر گذار بر متغیر وابسته مدل همانند میزان ولتاژ اعمالی، دمای هوای اطراف، سرعت هوای ورودی ، فاصله الکترود از سطح و زمان انجام گردید. با انجام تحلیل حساسیت و مشاهده نحوه تاثیرگذاری متغیرهای مختلف بهینه سازی مدل استخراج شده تحت شرایط عملیاتی پژوهش حاضر انجام گردید. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که افزایش ولتاژ اعمالی سبب کاهش زمان رسیدن جسم به رطوبت تعادلی خواهد شد. به طوریکه با فاصله 10 میلیمتری الکترود از سطح و بدون جریان هوا ورودی و همچنین دمای 60 درجه سیلسیوس ولتاژ 8000 ولت به عنوان بیشترین ولتاژ اعمالی رطوبت جسم را پس از 520 دقیقه به تعادل با رطوبت هوای اطراف می رساند. در یک ولتاژ ثابت، سرعت و دمای مشخص هوا کاهش فاصله الکترود از سطح سبب کاهش زمان ایجاد رطوبت تعادلی گردید. کاهش فاصله الکترود از سطح از 10 به 7 میلیمتر به صورت میانگین سبب کاهش 2/7 برابری زمان رسیدن به رطوبت تعادلی شد. سرعت هوای ورودی تنها در حالت توسعه یافته سبب ایجاد کاهش زمان خشک شدن گردید. برآیند سرعت توسعه نیافته با میدان الکتریکی از بین بردن باد کرونا بود. حداکثر سرعت هوای ورودی تا 2 متر بر ثانیه در ولتاژهای مختلف سبب افزایش سرعت برآیند گردید و در سرعت های بالاتر با کاهش سرعت کرونا تاثیرات منفی نشان داد. افزایش دمای هوا نیز سبب افزایش شدت تبخیر از سطح و کاهش زمان رسیدن به رطوبت تعادلی گردید. افزایش دما از 30 به 40 و سپس 50 درجه سیلسیوس تاثیر آشکاری بر کاهش زمان خشک شدن جسم نشان داد ولی افزایش دما به بیش از 50 درجه سیلسیوس تغییر محسوسی در کاهش زمان خشک شدن نداشت.