بررسی تاثیر بافل عمودی بر رفتارهای هیدرودینامیکی مخازن همزن‌دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مکانیک بیوسیستم، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد، گروه مکانیک بیوسیستم، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 استادیار، گروه مکانیک بیوسیستم، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

مخازن همزن‌دار دارای کاربردهای وسیعی در صنایع غذایی، شیمیایی و معدنی هستند. بنابراین شناخت دقیق رفتار هیدرودینامیک سیال موجود در این مخازن امری ضروری محسوب می‌گردد. از جمله مشکلاتی که در مخازن همزن‌دار به وجود می‌آید می‌توان به ایجاد گرداب درون مخزن به هنگام کار در سرعت‌های بالا اشاره کرد که موجب عدم اختلاط مناسب می‌شود. در این پژوهش با اضافه نمودن بافل به جداره داخلی مخزن، میدان جریان و پدیده گرداب مورد بررسی قرارگرفت. هدف از تحقیق حاضر بررسی تاثیر بافل بر تغییرات سرعت شعاعی و انرژی جنبشی آشفته به کمک دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است. در این بررسی مشاهده شد که اضافه نمودن بافل به دیواره مخزن موجب می‏شود تا جریان شعاعی گسترش یافته و امکان همزنی تا دیواره مخزن را فراهم آورد. افزون برآن، مشاهده شد که جریان عمودی نیز به طور مشخص گسترش یافته است که افزایش آشفتگی در سیال را به دنبال دارد. بر اساس نتایج، انرژی جنبشی آشفته برای مخازن بافل‌دار و بدون بافل به ترتیب m2/s3 0.00957 و m2/s3 0.0112 بوده و نرخ اتلاف انرژی به ترتیب m2/s3 0.955و m2/s3 0.805 بدست آمد. با افزایش سرعت در نزدیکی پره، میزان آشفتگی افزایش یافته که موجب فراهم نمودن انرژی لازم برای اختلاط هرچه بیشتر مواد اولیه گردید و همچنین از حرکت دورانی سیال که موجب کاهش کیفیت همزنی است، جلوگیری شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effects of Vertical Baffle on the Hydrodynamic Behavior of Stirred Tanks

نویسندگان [English]

  • shoaib gholami 1
  • Saeid Minaei 2
  • Alireza Mahdavian 3

1 MSc, Biosystems Engineering Department, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University (TMU), Tehran, Iran

2 Professor, Biosystems Engineering Department, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University (TMU), Tehran, Iran

3 Assistant Professor, Biosystems Engineering Department, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University (TMU), Tehran, Iran

چکیده [English]

Stirred tanks have a wide range of uses in food, chemical, and mineral industries. As a result, accurate knowledge of the hydrodynamic behavior of the fluid in these tanks is essential. One of the issues that arises in stirred tanks when working at high speeds is the vortex inside the tank, which inhibits appropriate mixing. In the current numerical study, by attaching vertical baffles to the inner wall of the tank, the flow field and vortex phenomena were evaluated. Computational Fluid Dynamics (CFD) was employed to explore the influence of wall baffles on variations in radial velocity and turbulent kinetic energy. Based on the numerical results, it was discovered that adding baffles to the tank wall enables the radial flow to be extended, which provides for better mixing inside the stirred tank. Moreover, by adding the baffles, vertical flow is improved, enhancing the agitation inside the tank. According to the results, the turbulent kinetic energy for tanks with and without baffles is 0.00957 m2 / m3 and 0.0112 m2 / s3, respectively, while the energy dissipation rates were 0.955 m2 / m3 and 0.805 m2 / s3, respectively. Increasing velocity in the vicinity of the baffle, results in enhanced agitation, providing the energy demand for better mixing. This prevents continuous swirling motion which can reduce agitation quality.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tank
  • Stirrer
  • CFD
  • Baffle
  • kinetic energy