شبیه سازی CFD برای جریان سیال در پمپ دنده ای

0 دیدگاه
شبیه سازی CFD برای جریان سیال در پمپ دنده ای

پمپ‌های دنده‌ای با جابجایی مثبت معمولاً برای جا به جایی دقیق سیال ویسکوز در فعالیت‌های صنعتی در تولید پلاستیک و مواد غذایی استفاده می‌شوند. احتمالاً به دلیل سطح بالای مصرف انرژی، نصب یک پمپ دنده ای جدید صرفاً برای هر گونه جا به جایی پیشنهاد نمی‌شود. با این حال، اگر یک پمپ دنده از قبل استفاده می‌شود، استفاده از این پمپ دنده برای ترکیب افزودنی‌ها دیگر مزایای خاصی را ارائه می‌دهد.
کاربر نه تنها می‌تواند از هزینه‌های خرید و نصب تجهیزات مخلوط کن جدید اجتناب کند، بلکه می‌تواند نیاز به خرید و نصب پمپ‌های دنده‌ای بیشتر برای غلبه بر افت فشار اضافی تجهیزات مخلوط کن مذکور را کاهش دهد. بنابراین، هدف این کار بررسی این است که آیا مواد افزودنی را می‌توان با استفاده از یک پمپ دنده‌ای در فعالیت های صنعتی موجود تا سطح رضایت‌بخش ترکیب کرد یا خیر.

شما می‌توانید وب‌سایت تولیدکننده تجهیزات پمپ دنده ای را مرور کنید و نمونه‌های متداول میکسرهای ساکن برای انتقال مایع چسبناک، استفاده از انحراف استاندارد محلی COV تقسیم بر میانگین محلی برای جا به جایی سیال را بیابید، و اینکه چگونه COV در خروجی چنین دستگاه‌هایی بستگی دارد.
به نظر می‌رسد مطالعات کمی در مورد مخلوط کن پمپ‌های دنده‌ای با جابجایی مثبت در ادبیات باز و پایگاه‌های داده ثبت اختراع وجود داشته باشد. برای مثال، ثبت اختراع ایالات متحده با شماره 6،313،200 و 6،601،987، شامل آرایش چرخ دنده‌های سیاره‌ای است.

 

در واقع، هیچ بررسی پمپ دنده با اندازه‌گیری محاسباتی یافت نشد و همچنین نمی‌توان داده‌های ملموس از یک مطالعه تجربی را پیدا کرد. کرامر ۱ در مطالعه عملکرد پمپ دنده‌ای صنعتی خود اظهار داشت: «مکانیسم اساساً یک دستگاه مستقیم است، اما هیچ مخلوطی انجام نمی‌دهد.» در یک مطالعه مهندسی کشاورزی توسط Bouse و همکاران. ۲، عملکرد بهبود یافته اسپری‌های شیمیایی خاص در نتیجه عبورهای متعدد از یک پمپ دنده‌ای مشاهده شد. با این حال، نویسندگان تمایز قابل سنجشی بین اثرات تاریخچه برشی و مخلوط کن بهبود یافته ناشی از عبور پمپ دنده‌ای متعدد قائل نشدند.

مطالعات مخلوط کن در واحدهای جریان اصلی محوری، مانند اکسترودرها، رایج‌تر است. یک مطالعه تجربی جالب در مورد Valsamis و Pereira است که در آن پیشرفت‌های مفهوم مخلوط کن پیوسته Farrel مورد بررسی قرار می‌گیرد. سلول‌های گردش خون موضعی، که مخلوط کن پس و حرکت جانبی مواد را تقویت می‌کنند، نشان داده شده است که ترکیب را بهبود می‌بخشند.
در یک پمپ دنده اندازه‌گیری، جریان کمی یا بدون جریان در جهت عادی به محور جریان اولیه وجود دارد. بنابراین، معمولاً این نوع مخلوط کن جانبی را ندارد. همچنین، «درج / سدها»، که جریان محوری را به جریان شعاعی تبدیل می‌کنند، نشان داده شد که عیوب مذاب را در این اکسترودرها کاهش می‌دهند. البته لازم به ذکر است که واحد در مطالعه ۳ غیر درهم می‌باشد. به عبارت دیگر، نواحی/حجم‌های جاروب شده اعضای دوار با یکدیگر تداخلی ندارند. مشکلات مربوط به مدلسازی CFD واحدهای درهم تنیده مانند پمپ‌های دنده‌ای در مطالعه دستگاه مذکور وجود نخواهد داشت.

 

کارهای محاسباتی

نمونه‌ای از مطالعه جریان در یک اکسترودر کروتینگ درهم تنیده، کار محاسباتی بروس و همکاران است. نویسندگان در مورد مخلوط کن رو به جلو، مخلوط کن عقب، و به طور کلی محفظه‌های چرخشی در بخش‌های مختلف اکسترودر بحث می‌کنند. آن‌ها از یک پارامتر بازده مخلوط کن استفاده می‌کنند که بازده کششی نیز نامیده می‌شود، همانطور که در Heniche و همکارانش. پارامتر به عنوان نسبت نرخ متقارن قدر تانسور تغییر شکل به مجموع این بزرگی و قدر تانسور گردابی تعریف می‌شود.
اگرچه خود تانسورها ثابت قاب نیستند، اما اسکالرهای بزرگی آن‌ها در واقع قاب ثابت ۶ هستند. در نتیجه می‌توان مقایسه‌های منصفانه‌ای بین مطالعات مختلف انجام داد. مقدار بازده ۰ نشان دهنده جریان چرخشی خالص است، در حالی که مقدار واحد مربوط به جریان کاملاً کششی است. به طور کلی، مقدار بالاتر نشان دهنده مخلوط کن بهتر است تا زمانی که نواحی با راندمان بالاتر از هم جدا یا جدا نشده باشند. مقدار متوسط ​​حجم پارامتر مخلوط کن از حدود ۰.۵۲ تا ۰.۵۵ در مطالعات اکسترودر ۴ متغیر بود. مقادیر معمول برای یک میکسر استاتیک آرام از ۵ از ۰.۴ تا ۰.۸ به صورت محوری متغیر بود، اما به طور متوسط ​​۰.۶ بود.

یک تکنیک رایج که در تحقیقات CFD سیستم‌های درهم تنیده به کار می‌رود، مانند مطالعه بروس و همکاران. ۴، فرآیند برهم نهی است. حجم اجزای ثابت و چرخشی به طور جداگانه ساخته و شبکه‌بندی می‌شوند. گره‌های شبکه نیازی به تطابق با یکدیگر در هیچ لحظه در زمان مدل در طول شبیه‌سازی ندارند. سلول‌های شبکه اجازه دارند آزادانه همپوشانی داشته باشند و اطلاعات بر این اساس درون‌یابی می‌شوند.
شکل ۱، از نمونه وب سایت FLUENT، Inc. ، شبکه محاسباتی آنی یک مطالعه پمپ دنده‌ای را با استفاده از فرمول المان محدود Polyflow® نشان می‌دهد. به تغییرات چشمگیر در اندازه سلول شبکه/مرکز که در سراسر دامنه در طول توالی چرخش دنده رخ می‌دهد توجه کنید. همانطور که در دایره نشان داده شده است، سلول‌های شبکه تقریباً ۱/۲۰ مساحت یک سلول شبکه همسایه در برخی مکان‌ها در کام هستند.

0 پاسخ

دیدگاهتان را بنویسید

می خواهید در گفت و گو شرکت کنید؟
خیالتان راحت باشد :)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *