مدلسازی دینامیک سیالات محاسباتی اختلاط مواد با لزجت بالا در ظروف بهم زن با پره ی ویسکو جت

اختلاط نقش قابل توجهی در فرایند‏های صنعتی ایفا می‏کند. عملیات اختلاط و همزدن از قدیمی‏ترین فرایند‏های مهندسی شیمی است که شامل همگن کردن یک محیط و ماده در یک ظرف با استفاده از یک یا ترکیبی از پروانه های چرخشی می‏باشد. اختلاط دو یا چند سیال مخلوط شدنی، اختلاط جامد- مایع و اختلاط گاز- مایع به طور گسترده ای در صنایع معدنی، غذایی، داروسازی، پلیمر، متالوژی، بیوشیمی وفرایندهای صنعتی دیگر بکار می رود. همزدن یک برهمکنش پیچیده در جریان بالک سیال می‏باشد که نفوذ مولکولی و آشفتگی ایجاد می‏کند. اختلاط سیالات با گرانروی بالا عمدتاً در جریان با رژیم آرام انجام می‏شود. ایجاد سوسپانسیونهایی با گرانروی بالا در غلظتهای زیاد از ذرات جامد یک عملیات واحد، در تولید سوختهای فضایی، داروها، مواد شیمیایی خاص و پوششها کاربرد دارد. این عملیات عموماً در سیستمهای بسته و نیمه بسته و در مخزنهای همزن دار انجام می گیرد. برای یک زمان طولانی طراحی سیستم‏های اختلاط به طور تجربی تعیین میشد. این روش بسیار وقت گیر و گران قیمت بوده و بزرگنمایی فرایند براساس قواعد تجربی موجود در ساخت واحد، طراحی و پایه گذاری شده است. امروزه شبیه سازی کامپیوتری جریان های اختلاط و همزدن در مخازن، cfd، بطور گسترده برای بهینه سازی ساختار همزن‏ها و ایجاد دید بهتر روی نمونه‏های جریان پیچیده تولید شده به وسیله برهمکنش بین پروانه و دیواره درونی مخزن انجام می‏شود. در این مطالعه عملکرد اندازه های مختلف پره visco- jet در اختلاط دو فاز جامد و مایع با ویسکوزیته بالا، به صورت آزمایشگاهی و با استفاده از مدلسازی cfd مورد بررسی قرار گرفته است. موارد اختلاط در دو حالت مخزن بدون بفل و بفل دار و با یک سیال نیوتنی لزج بررسی شده‏اند. سرعت پره در جایی که ذرات جامد کمتر از 6-4 ثانیه روی سطح مایع باقی می مانند، برای اندازه های مختلف تعیین شده است. هدف بدست آوردن یک اندازه بهینه برای پره ی visco- jet با بهترین عملکرد، کمترین سرعت وکمترین مصرف انرژی می باشد. با استفاده از نتایج ازمایشگاهی پره ای که نسبت قطر کوچک به بزرگ مخروط های آن 5/0 می باشد، به عنوان اندازه بهینه شناخته شده است. نتایج برای هر دو ساختار یکسان می باشد. این مسئله با استفاده از مدل سازی cfd توجیه شده است. برای این منظور پارامترهای هیدرودینامیکی مانند شدت جریان مخوری متوسط، عدد جریان محوری متوسط، زمان چرخش محوری متوسط،توان مصرفی و انرژی مصرفی برای اندازه های مختلف محاسبه شده است. علاوه بر این در مطالعه اخیر، توان مصرفی در اندازه های مختلف به صورت پارامتر بدون بعد نسبت توان مصرفی به کمترین توان مصرفی ارائه شده است.