شبیه سازی ایمپکتورهای مافوق صوت در شرایط رقیق با استفاده از روش dsmcبه منظور جداسازی ذرات نانو

در این مطالعه، میدان جریان مربوط به ایمپاکتور متقارن محوری در شرایط رقیق و در نسبت فشارهای مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. از روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو برای مدل کردن میدان جریان در اعداد نادسن 1/0، 01/0 و 0002/0 استفاده شده است. اعداد نادسن با استفاده از مقادیر فشار سکون در بالادست محاسبه شده اند. برای هر عدد نادسن، تاثیر مقادیر مختلف فاصله بین خروجی نازل و صفحه ایمپاکتور (l) و مقادیر مختلف نسبت فشار سکون بالادست به فشار محیط مورد مطالعه قرار گرفته است. در همه موارد، جت فراصوتی یا فزون فراصوتی در پایین دست نازل تشکیل می شود. نتایج مربوط به عدد نادسن 1/0 و 01/0 نشان می دهد بر خلاف میدان جریان عدد نادسن 0002/0، در برخورد جت فراصوتی با صفحه ایمپاکتور شاک اتفاق نمی افتد. تغییرات عدد چگالی ذره، سرعت محوری، دما و عدد ماخ در راستای محور جت و کانتورهای فشار کل و عدد ماخ در میدان جریان برای هر سه عدد نادسن 1/0، 01/0 و 0002/0 محاسبه و بحث شده اند. بطور کلی برای عدد نادسن 1/0 و 01/0، گاز با فشار مشخص در بالا دست از نازل خارج شده و تا رسیدن به فشار محیط بصورت یکنواخت منبسط میشود اما در میدان جریان عدد نادسن 0002/0 بجز در بعضی از نسبت فشارهای پایین، یک شاک کمانی در نزدیکی صفحه ایمپاکتور دیده میشود. قدرت و محل شاک به مقدار نسبت فشار (pr) و l/d بستگی دارد. نتایج نشان می دهد برای ??0.3 ( ?=(l?d)/?(p_0?p_b )که p0 فشار سکون بالادست و pb فشار محیط خارج است) تغییرات خواص جریان در راستای محور برای اعداد نادسن 0002/0 و 01/0 مستقل از نسبت فشار است. در تحقیق حاضر، همچنین حرکت ذرات نانو در میدان جریان ایمپاکتورهای فراصوتی/ فزون فراصوتی با دیدگاه لاگرانژین بررسی شده است. نمودار بازده جذب ایمپاکتور برای هر سه مقدار عدد نادسن 0002/0، 01/0 و 0.1 در مقادیر مختلف نسبت فشار و l/d محاسبه و رسم شده است. بطور کلی، قطر جدایش ایمپاکتور (قطر ذره ای که در آن بازده جذب ایمپاکتور برابر با 50% است را قطر جدایش ایمپاکتور گویند) با افزایش فاصله نازل تا صفحه ایمپاکتور کاهش می یابد. همچنین، برای جریانهای با اعداد نادسن 1/0 و 01/0 مقدار بازده جذب ایمپاکتور بیش از 95% است و نسبت فشار و فاصله نازل تا صفحه ایمپاکتور تأثیر قابل توجهی بر مقدار نشست ذرات روی صفحه یمپاکتور ندارد.