Διερεύνηση μοντελοποίησης της πολύ πυκνής σωματιδιακής ροής σε συστήματα ανακυκλοφορίας ρευστοποιημένων κλινών

Abstract

Στην παρούσα εργασία γίνεται η προσπάθεια περιγραφής ενός νέου υπολογιστικού μοντέλου Euler-Euler – TFM (tow fluids model) για την προσομοίωση της πυκνής σωματιδιακής ροής που συναντάται στο σύστημα ανακυκλοφορίας των ρευστοποιημένων κλινών. Στα πλαίσια της ανάπτυξης της σχετικά νέας τεχνολογίας των ρευστοποιημένων κλινών ανακυκλοφορίας (CFB – circulating fluidized bed) η χρήση τεχνικών υπολογιστικής ρευστομηχανικής (computational fluid dynamics - CFD) αποτελεί ένα σημαντικό εργαλείο για την σχεδίαση και βελτιστοποίηση τους. Ενώ οι περισσότερες προσπάθειες των ερευνητών επικεντρωνόντουσαν στην μοντελοποίηση μόνο της κλίνης, το τελευταίο διάστημα πρόσφατες μελέτες μοντελοποιούν ολόκληρη την μονάδα (κλίνη, κυκλώνα, σύστημα ανακυκλοφορίας) πιστεύοντας ότι μία πιο ολοκληρωμένη προσέγγιση μπορεί να αυξήσει την ακρίβεια της μοντελοποίησης της ίδιας της κλίνης. Η προσπάθεια αυτή όμως συναντάει προβλήματα καθώς υπάρχουν περιοχές στο εσωτερικό των συστημάτων ανακυκλοφορίας όπου η ροή των σωματιδίων είναι ιδιαίτερα πυκνή. Τα έως τώρα υπολογιστικά μοντέλα κατά Euler-Euler TFM που έχουν επικρατήσει αδυνατούν να μοντελοποιήσουν με ακρίβεια την εσωτερική τριβή των σωματιδίων σε τέτοιου είδους ροές. Η αξιοποίηση όμως της ελαστο-πλαστικής θεωρίας με κριτήριο διαρροής την επιφάνεια διαρροής που προτείνανε οι Gray και Stiles σε αντίθεση με την επιφάνεια Extended Von-Misses που χρησιμοποιείται στα συμβατικά μοντέλα μπορεί να δώσει κάποιες πρώτες απαντήσεις στo παραπάνω πρόβλημα. Τα αποτελέσματα της εφαρμογής του νέου μοντέλου έδειξαν ότι η συγκεκριμένη υπολογιστική προσέγγιση δίνει πολύ πιο ακριβής περιγραφή του φαινομένου της πυκνής σωματιδιακής ροής, πετυχαίνοντας μια αρκετά ικανοποιητική προσομοίωση και της γωνίας απόθεσης αμμώδους υλικού αλλά και της λειτουργίας μίας πνευματικής βαλβίδας loop-seal κατά την συνολική μοντελοποίηση μία ολόκληρης μονάδας.