مطالعه cfd و بررسی آزمایشگاهی اثرات میکرو جریان های حاصل از انتشار امواج التراسونیک بر الگوی حرکتی سیال

تکنولوژی التراسونیک می تواند به عنوان یک روش نوین به تنهایی و یا بصورت ترکیبی در کنار سایر روش های متداول در فرآیندهایی مانند تهیه امولسیون، تبلور، استخراج، فرآیندهای جداسازی و تصفیه پساب و فرآیندهایی شامل واکنش های شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد. تأثیری که التراسونیک در فرآیندهای مختلف می تواند داشته باشد بدلیل قابلیت آن در ایجاد پدیده ای تحت عنوان کاویتاسیون می باشد که به موجب آن اثرات شیمیایی و مکانیکی در سیال بوجود می آورد. یکی از مهمترین پدیده های حاصل از انتشار التراسونیک بوجود آمدن میکرو جریان ها و میکرو جت های صوتی در سیال است که اثر مستقیم پدیده کاویتاسیون صوتی می باشد. از آنجا که التراسونیک با فرکانس بالا در حد مگاهرتز قابلیت ایجاد جریان های صوتی جابجایی را در کنار میکروجریان ها دارند می توانند در فرآیندهایی که اختلاط و پدیده های انتقال مانند انتقال جرم از اهمیت برخوردار است، استفاده گردند. در این تحقیق تأثیر جریان های صوتی و میکرو جریان های حاصل از انتشار امواج التراسونیک فرکانس بالا مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور ابتدا برای روشن ساختن اثر میکرو جریان ها بر لایه های مرزی مطالعه ای در زمینه تأثیر فعالیت مبدل های پیزوالکتریک با فرکانس mhz 7/1 در یک فرآیند جداسازی الکترودیالیز انجام گرفت. مشاهده شد که ویژگی های اساسی این فرآیند از جمله مقاومت الکتریکی غشا، پتانسیل و انتخاب پذیری آن در حضور التراسونیک بهبود یافت. در بخش دیگری از این تحقیق به بررسی اثر جریان های ایجاد شده بر بازده اختلاط میکرو پرداخته شد. دو سونوراکتور ناپیوسته و پیوسته مجهز به مبدل های پیزوالکتریک mhz 7/1 با آرایش و ترکیب بندی جدید طراحی و ساخته شد. جهت ارزیابی اختلاط میکرو در آنها واکنش آزمون داشمن مورد استفاده قرار گرفت. همچنین بازده سونوراکتورهای ساخته شده با عملکرد پره راشتون و سونوراکتورهای موجود در مراجع مقایسه گردید. با توجه به مقادیر ضریب جدایش و زمان اختلاط میکروی بدست آمده برای موارد مختلف مشخص شد که سونوراکتورهای فرکانس بالای ساخته شده ضمن داشتن میزان توان مصرفی کمتر، اختلاط میکروی مطلوبی را فراهم می آورند. همچنین تأثیر حضور میکرو ذرات در سونوراکتور پیوسته مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج عملکرد بهتری را در حضور میکرو ذرات نشان دادند. بازده سونوراکتورها در محیط ویسکوز نیز بررسی گردید که مشخص شد کارایی التراسونیک در محیط ویسکوز کاهش یافته با این وجود التراسونیک همچنان تأثیر مثبتی بر افزایش بازده اختلاط داشته است. با ایجاد شبکه عصبی مصنوعی امکان پیش بینی ویژگی های سونوراکتور ناپیوسته از جمله بازده انرژی و زمان اقامت متوسط پیش بینی گردید. به منظور توصیف الگوی جریان های ایجاد شده توسط التراسونیک، سیستم های مورد بررسی توسط دینامیک سیالات محاسباتی مدل شدند. نحوه پراکندگی جریان ها و بردارهای سرعت در نتایج بخوبی نشان داده شد. همچنین مقادیر بدست آمده برای سرعت و توزیع محصولات واکنش تطابق خوبی با نتایج تجربی بدست آمده داشته است.