جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه
computational fluid dynamics
در نشریات گروه علوم پایه-
The purpose of this study is the 3D CFD numerical modeling of a coaxial borehole heat exchanger. The operating fluid inlet velocity, the groundwater seepage velocity, the soil porosity, and the use of nanofluids instead of pure water are investigated. Ansys Fluent software is used for numerical simulation and the k-ε turbulence model is employed for turbulent flow modeling. The results show that they significantly increase the operating fluid temperature. The presence of groundwater seepage decreases the temperature of the working fluid which is related to the groundwater flow velocity. High soil and backfill porosity affect the thermal performance of CBHE, and increase thermal resistance, and decrease thermal conductivity. The nanofluids utilization with a higher thermal conductivity than pure water increases the temperature growth rate along the outer pipe. Kriging optimization method suggested that the best operating conditions for the system are inlet water velocity 0.03 m/s, groundwater velocity 5 m/d, soil porosity 0.28, backfill thermal conductivity 3.3 (W/m.K) and CuO/water nanofluid. By considering the mentioned operating conditions, the working fluid temperature increases by about 6% at the depth of 60 m.Keywords: Coaxial borehole heat exchanger, Computational fluid dynamics, groundwater seepage, soil porosity, nanofluid
-
در این مطالعه به کمک دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) یک شبیه سازی سه بعدی برای بررسی الگوی جریان ته نشین کننده مرحله استخراج واحد استخراج با حلال مجتمع مس میدوک انجام شده است. اثر نرده ها (پیکت فنس ها) و آرایش آن ها، اثر تیغه های توزیع و الگوی جریان در عملکرد ته نشین کننده (ستلر)، چگونگی جدایش فازها و توزیع اندازه قطرات مورد بررسی و شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی قرار گرفت. شبیه سازی در قالب اویلری و با بهره گیری از مدل MUSIG که براساس معادلات موازنه جمعیت برای محاسبه شکست و بهم چسبیدن قطرات است، انجام شده است. نتایج بدست آمده با داده های تجربی مطابقت خوبی داشت. حداکثر خطای شبیه سازی 5/8% گزارش شد. نتایج نشان می دهد که با اصلاح مکان قرار گرفتن و ساختار پیکت فنس ها و استفاده از تیغه های برش جریان در ته نشین کننده، توزیع جریان در بخش های مختلف ته نشین کننده یکنواخت و جریان های چرخشی از بین می رود، بنابراین جداسازی فازی بهتر انجام می شود. شبیه سازی ته نشین کننده نشان داد که باند آشفتگی بین دو فاز تا انتهای ته نشین کننده ادامه دارد و بردار های سرعت در این باند بیشتر در جهت طول ته نشین کننده می باشند. با قرار دادن مناسب پیکت فنس ها در ابتدای ته نشین کننده با فاصله های حداکثر 4/0 متر با یکدیگر و تیغه های برش جریان در ته نشین کننده باند دیسپرژن تا حد زیادی از بین می رود. اثر نسبت مساحت بسته به باز (C/O)نرده ها نیز مورد مطالعه قرار گرفت. با افزایش این نسبت چرخش ها و گردابه هایی در جریان سیال مشاهده شد که تاثیر منفی در جدایش فازی دارد.کلید واژگان: ته نشین کننده، استخراج با حلال مس، پیکت فنس، تیغه های توزیع جریان، دینامیک سیالات محاسباتیIn this study, a three-dimensional simulation model has been carried out to investigate the flow pattern and the effect of picket fences on the performance of the settler in the solvent extraction plant in the Miduk copper complex. The effect of picket fences on the settler and their arrangements, flow distribution blades, separation of phases and the droplet size distribution has been investigated with CFD simulations. The simulation has been carried out with an Eulerian-Eulerian method in conjunction with the incorporated MUSIG model which is based on a population balance equation and takes into account the break up and coalescence models of droplets. The simulation of settler shows that feed spouting velocity was propagated for long distances in the settler and dispersion band continues to the end of the settler. By setting one picket fence in the settler, velocity vectors transmitted and the width of dispersion band decreased which as a result increasing droplet size. By increasing number of picket fences dispersion band almost disappears. The inspection of distribution of droplet size at different points in the settler showed that the presence of picket fences increases the size of droplets. Finally, the effect of closed to opened (C/O) area ratio of the picket fences on the performance of the settler was studied. The results showed that by increasing the C/O ratio, some circulation appears in the flow which causes a negative effect on phase separation.Keywords: settler, copper solvent extraction, picket fences, flow distribution blades, Computational fluid dynamics
-
امروزه مشخص شده است که انتشار دی اکسید کربن به عنوان یک گاز گل خانه ای از مهم ترین دلایل ایجاد پدیده گرمایش زمین محسوب می شود. نیروگاه های فسیلی یکی از عمده ترین تولید کنندگان دی اکسید کربن شناخته شده اند. با توجه به این امر جداسازی دی اکسید کربن از گازهایی که توسط دودکش نیروگاه های فسیلی به جو رها می شوند به عنوان روشی موثر جهت کنترل انتشار این گاز ضروری به نظر می رسد. در پژوهش حاضر، جداسازی دی اکسید کربن از گاز دودکش با استفاده از غشاء طبیعی چیتوسان ارائه شده است. در ابتدا مدل ریاضی برای جداسازی دی اکسید کربن با استفاده مدول الیاف تو خالی استفاده شده است؛ به نحوی که جریان گاز داخل پوسته و گاز خنثی (آرگون) در لوله به صورت نا هم سو جهت به حداقل رساندن فشار جزیی دی اکسید کربن در جریان هستند. از نرم افزار Comsol 6.0، فرایند فوق و نیز تاثیر تغییرات شرایط مختلف بهره برداری بر روی فرایند بر پایه ی دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که گزینش پذیری دی اکسید کربن/نیتروژن 5-15 و تراوایی Barrer 1-26 می باشد. افزایش دما و فشار گاز ورودی تاثیر مثبت بر راندمان جداسازی دارد؛ در حالی که درصد ورودی دی اکسید کربن تاثیر بسزایی نداشته و می توان از تاثیر آن صرف نظر کرد.کلید واژگان: غشاء چیتوسان، دینامیک سیالات محاسباتی، جداسازی دی اکسید کربن، غشاء زیست تخریب پذیرToday, it is known that the emission of carbon dioxide as a greenhouse gas is one of the most important causes of global warming. Fossil power plants are known as one of the major producers of carbon dioxide. Due to this, the separation of carbon dioxide from the gases that are released into the atmosphere by the chimney of fossil power plants seems to be necessary as an effective method to control the emission of this gas. In the current project, the separation of carbon dioxide from flue gas using natural chitosan membrane is presented. At first, the mathematical model was used to separate carbon dioxide using the module of hollow fibers; In such a way that the flow of gas inside the shell and inert gas (Argon) in the tube are in an unequal way to minimize the partial pressure of carbon dioxide. The above process as well as the effect of changes in different operating conditions on the process were simulated based on computational fluid dynamics with Comsol 6.0 software. The simulation results show that the carbon dioxide/nitrogen selectivity is 15-5 and the permeability is 1-26 Barrer. Increasing the temperature and pressure of the inlet gas has a positive effect on the separation efficiency; while the input percentage of carbon dioxide has no significant effect and its effect can be ignored.Keywords: Chitosan Membrane, Computational fluid dynamics, carbon dioxide separation, Biodegradable Membrane
-
صدای منتشرشده از کشتی ها یکی از مهم ترین صداهای اقیانوس است و صدای پروانه یکی از اجزای اصلی صدای کشتی است. اندازه گیری صدای پروانه در آزمایشگاه با وجود دقت بالا و قابلیت اطمینان خوب، هزینه های بالایی دارد و بسیار زمان بر است. به همین دلیل در سال های اخیر محاسبه صدای پروانه با استفاده از روش های عددی مورد توجه قرار گرفته است. در این مطالعه بررسی عددی تراز صدای کارکردی یک پروانه دریایی براساس دینامیک سیالات محاسباتی (سی اف دی) و روابط صوتی فاکس ویلیامز- هاوکینگز (اف دابلیو-ایچ) انجام شده است. در این پژوهش به منظور اعتبارسنجی روش حل ابتدا میدان سیال حول پروانه دی تی ام بی 4119 شبیه سازی شد و سپس تراز فشار صدای آن با استفاده از روش انتگرالی فاکس ویلیامز- هاوکینگز استخراج و با نتایج تجربی، مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس یک نمونه پروانه دریایی مورد شبیه سازی قرار گرفت. ارزیابی عمکرد صوتی این پروانه در دو حالت دائم و غیردائم صورت پذیرفت. ابتدا یک شبیه سازی هیدرودینامیکی حالت دائم ایجاد شد و سپس میدان جریان با اتخاذ معادلات غیر دائم گردابه های جداشده تاخیری بهبود یافته (آی دی دی ایی اس) شبیه سازی گردید. با توجه به قطر پروانه (m2=D) این شبیه سازی برای مقیاس الگو انجام گرفت سپس برای تعمیم نتایج نوفه به اندازه ی واقعی پروانه از معادلات آی تی تی سی87 استفاده شد. تراز صدای پروانه در فواصل 1 و 4 متر و زوایای 30، 60 ، 90، 120 و 150 ترسیم شد و مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت.
کلید واژگان: پروانه دریایی، دینامیک سیالات محاسباتی، معادلات فاکس ویلیامز- هاوکینگز (اف دابلیو- ایچ)، شبیه سازی گردابه های جداشده تاخیری بهبود یافته (آی دی دی ایی اس)The emitted sound from ships is one of the most important sources of noise in the ocean, and the propeller sound is the main component of this sound. In this study, the numerical investigation of the functional sound level of a marine propeller has been carried out based on Computational Fluid Dynamics (CFD) and Fox Williams-Hawkings (FW-H) acoustic Analogy. In this research, in order to validate the solution method, first the fluid field around the DTMB4119 propeller was simulated, and then its sound pressure level compared with experimental results. Then the new propeller is numerically investigated. The acoustic performance of this propeller is evaluated in two permanent and non-permanent modes. First, a steady-state hydrodynamic simulation was created, and then the flow field is simulated by adopting the unsteady equations of Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES). According to the propeller diameter (D=2m), this simulation was done for the scale of the model, then ITTC87 equations are used to generalize the noise results to the actual size of the propeller. The sound level of the propeller is drawn at distances of 1 and 4 meters and at angles of 30, 60, 90, 120 and 150 degree and analyzed.
Keywords: Marine Propeller, Computational Fluid Dynamics, Fox-Williams-Hawkings (FW-H) Equations, Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES) -
Pollution, Volume:10 Issue: 1, Winter 2024, PP 151 -167Monitoring and managing environmental problems, particularly those impacting human health such as noise and air pollution, are essential. However, the current implementation has certain limitations that need improvement. In the case of noise pollution, accurately computing noise levels requires considering traffic noise propagating in all directions, necessitating the involvement of a 3D building model. Existing methods using raster cells and noise contours are insufficient in achieving high accuracy. To overcome this, we propose integrating a voxelisation approach and 3D kriging, enabling the depiction of traffic noise values for each voxel. In the context of air pollution, wind movement plays a significant role in the dispersion of contaminants. The current practice involves a random selection procedure for wind simulation within the model discretisation. However, we suggest replacing this randomness with a voxel-based model, which not only improves accuracy but also reduces computing time. Thus, the voxel-based model represents the building model in a wind computation environment, facilitating more realistic wind simulation results. This study demonstrates the applicability of the voxelisation technique in two different environmental modeling contexts using the building model of the city building modeling standard. The level of detail (LoD) in the represented building model differs between these approaches. For traffic noise, a low LoD (LoD1) is sufficient to depict exterior buildings accurately. However, for wind simulation, a higher LoD (LoD2) is necessary to accommodate the complexity of buildings and determine appropriate voxel sizes. In conclusion, the proposed improvements in the form of voxel-based modeling techniques offer enhanced accuracy and efficiency in environmental monitoring. The findings of this study have implications for improving the management and reduction of environmental problems, ultimately benefiting human health and well-being.Keywords: Computational Fluid Dynamics, Three-Dimensional Modelling, Traffic Noise, Voxelisation, Wind Simulation
-
درک کافی از سوزش پایدار و کنترل عملکرد در موتورهای پیشرانه مایع، مستلزم شناخت کافی از شرایط محفظه احتراق، سلسله واکنش های شیمیایی (سینتیک احتراق پیشرانه) و متغیرهای ترموفیزیکی متکی بر آن است. بدین منظور پس از بررسی معادله های حاکم و شبیه سازی محفظه احتراق بر پایه دینامیک سیالات، محاسبه هایی در نسبت های هم ارزی گوناگون، چگونگی توزیع دما، سرعت واکنش شیمیایی و کسر جرمی گونه های شیمایی، به عنوان شالوده کار و نمایان گر چالش های طراحی محفظه احتراق و سامانه های مرتبط با آن مطرح می شود. نتیجه های شبیه سازی به خوبی بسیاری از ویژگی های پیشرانه مایع هیدروژن- اکسیژن و متان- اکسیژن را پیش بینی و توجیه می نماید. برای پیشرانه متان- اکسیژن به دلیل تولید کربن مونوکسید در نسبت های بالای سوخت به اکسیدکننده و بالا بودن آنتالپی تشکیل آن، افت تکانه ویژه، دما و سرعت واکنش شیمیایی پیشرانه در محفظه احتراق مشاهده می شود. دما در محفظه احتراق و ناحیه های نزدیک پاشنده ها برای این پیشرانه در نسبت هم ارزی یک، بسیار بیش تر از پیشرانه هیدروژن- اکسیژن است که دمای زیادتر منجر به آسیب جدی به دیواره محفظه احتراق، سامانه انتقال پیشرانه و پاشنده ها می شود. همچنین با بهبود طراحی نازل می توان انرژی گرمایی گازهای محفظه احتراق را به انرژی جنبشی و سرعت تبدیل نمود و تکانه ویژه تولیدی را افزایش داد.کلید واژگان: محفظه احتراق، سینتیک احتراق متان و هیدروژن، پیشرانه مایع، نسبت هم ارزی، دینامیک سیالات محاسبه ایThe adequate understanding of sustained combustion and performance control in liquid propulsion engines requires sufficient knowledge about combustion chamber conditions, a series of chemical reactions that occur in the combustion chamber, and the thermo-physical variables based on the chemical reactions. For this purpose, after studying the governing equations and simulating the combustion chamber in different equivalence ratios, the distribution of temperature, chemical reaction rate, and mass fraction of chemical species are presented as the foundation for the challenges of the combustion chamber and related systems design. The simulation results desirably predict and justify many properties related to hydrogen-oxygen and methane-oxygen propellants. For methane-oxygen propellant due to the production of carbon monoxide at high ratios of fuel to oxidizer, a decrease in specific impulse, temperature, and chemical reaction rate of propellant is observed in the combustion chamber. The maximum temperature in the combustion chamber and the areas near the injectors for this propellant is much higher than the hydrogen-oxygen propellant at the equivalence ratio equal to one. Higher temperatures can cause serious harm to the combustion chamber wall, propellant transmission system, and injectors. Improving the nozzle design can also convert the thermal energy of the combustion gases into kinetic energy and velocity and can increase the specific impulse.Keywords: Combustion chamber, combustion kinetic of methane, hydrogen, Liquid propellant, Computational fluid dynamics
-
میکروسیال، علم و تکنولوژی است که سیال را در حجم 9-10 تا 18-10 لیتر با استفاده از کانال هایی با اندازه های در مقیاس میکرو، مورد بررسی قرار می دهد. از مهم ترین کاربردهای این تکنولوژی، تجزیه و تحلیل جریان سیال است. فرایندهای جداسازی در دستگاه های میکروفلوییدیکی در دو دهه گذشته مورد توجه فراوانی قرار گرفته است. در بین فرایندهای جداسازی گوناگون، استخراج مایع-مایع به طور ویژه از برتری هایی چون مسافت نفوذ مولکولی پایین و سطح ویژه فصل مشترک بالا که منجر به انتقال جرم موثری در دستگاه های میکروفلوییدیکی می شود، برخوردار است. میکروفلوییدیک فناوری ارزشمندی برای جداسازی یون ها و ایزوتوپ های پایدار فلزی می تواند باشد. ایزوتوپ های پایدار برای پژوهش در مورد قابلیت دسترسی به مواد معدنی و متابولیسم مفید هستند. از کاربردهای ایزوتوپ پایدار می توان به عنوان ردیاب بدون تابش پرتو، تشخیص بیماری و تصویر برداری هسته ای نام برد. این ایزوتوپ ها همچنین می توانند به عنوان ماده اصلی یا ماده خام برای تولید رادیو داروها، آنالیز بیوشیمیایی، رادیوتراپی و کاربرد در علوم محیط زیستی، زمین شناسی و باستان شناسی استفاده شوند. در این پژوهش، جداسازی یون فلزی کلسیم به عنوان مقدمه ای بر جداسازی ایزوتوپی کلسیم با استفاده از روش میکروفلوییدیک مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور، شبیه سازی استخراج مایع-مایع و تکنولوژی میکروفلویدیک برای استخراج و جداسازی یون کلسیم به عنوان روشی نوین در هم ادغام شده اند. در این راستا با هدف ارزیابی امکان انجام شبیه سازی استخراج یون کلسیم در سامانه میکروفلوییدیک، نسبت سرعت های دوفاز به گونه ای انتخاب شد که الگوی جریان درون میکروکانال به صورت موازی باشد. نخست با روش تعیین تراز محل دقیق فصل مشترک تعیین شد، سپس با استفاده از مدل انتقال اجزاء رقیق میزان انتقال جرم از فاز آبی به آلی سنجیده شد. علاوه بر این برای مطالعه تاثیر هندسه در میزان استخراج، هندسه حلزونی شکل نیز مورد بررسی قرار گرفت. درصد استخراج در هندسه نوین محاسبه و با میکروکانال Y-Y شکل مقایسه شد. در میکروکانال Y-Y شکل بازدهی استخراج 062/60 % می باشد در حالی که در هندسه حلزونی در شرایط بهینه بازدهی 98/74 % به دست آمد. بنابراین با تغییر هندسه میکروکانال از Y-Y به حلزونی میزان انتقال جرم 89/19% بهبود می یابد.کلید واژگان: میکروکانال حلزونی، انتقال جرم، دینامیک سیال های محاسبه ای، استخراج مایع-مایع، جریان دوفازیMicrofluidic is a science and technology that studies fluid in volumes of 10-9 to 10-18 liters using channels with dimensions on a micro-scale. One of the most critical applications of this technology is fluid flow analysis. Separation processes in microfluidic devices have received much attention in the last two decades. Among the various separation processes, liquid-liquid extraction has advantages such as low molecular diffusion distance and high interface-specific surface area, leading to efficient mass transfer in microfluidic devices. Stable isotopes are valuable tools for research into mineral availability and metabolism. Stable isotope applications as radiation-free detectors, Diagnosis of the disease, and nuclear imaging can also be used as the primary material or raw material for the production of radiopharmaceuticals, Nuclear imaging, Biochemical analysis, and radiotherapy. Due to the very low abundance of some isotopes, it is essential to separate and concentrate them. This research combines liquid-liquid extraction and microfluidic technology to extract and separate calcium ions as a new method. In this study, to evaluate the possibility of performing calcium ion extraction simulations, in the studied microfluidic system, the ratio of two-phase velocities was selected so that the current inside the microchannel was flowing in parallel. First, the exact location of the interface was determined by the level set method, then the amount of mass transfer from the aqueous to organic phase was measured using the transport of diluted species method. The microchannel geometry was changed to a spiral geometry, and the extraction rate was investigated to study the effect of geometry on the extraction rate. In the Y-Y microchannel, the extraction efficiency was 60.062%, while in the spiral microchannel, the yield was 71.97%. in other words, by changing the microchannel geometry from Y-Y to the spiral, the mass transfer rate is improved by 11.9%.Keywords: Spiral microchannel, Mass transfer, Computational fluid dynamics, Liquid-liquid Extraction, Two-phase flow
-
ارزیابی پاسخ سلول به تحریکات مکانیکی در فضای آزمایشگاهی همواره به عنوان یکی از موضوعات مهم در راستای دستیابی به کنترل رفتار سلول در محیط کشت شناخته می شود. در بررسی تحریک های مکانیکی سلول در داربست استخوانی یکی از پارامترهای موثر ریز ساختارهای داربست از جمله اندازه و شکل حفرات است. با توجه به اینکه امکان کنترل این پارامترها در فضای آزمایشگاه بسیار پیچیده است بر همین اساس، در پژوهش حاضر با استفاده از مدلسازی عددی به بررسی تاثیر ساختار داربست بر فاکتورهای مکانیکی ناشی از جریان سیال نوسانی در داربست پرداخته شده است. در این پژوهش، به ارزیابی داربست های با شکل حفرات مکعبی، کروی و هگزاگونال با طول حفرات 300، 350، 400، 450 و 500 میکرومتر پرداخته شده است. نتایج حاصل از مدل دینامیک سیالات محاسباتی نشان می دهد که داربست ها با شکل حفرات کروی و مکعبی با طول حفرات 500 میکرومتر و داربست با شکل حفرات هگزاگونال با طول حفرات 450 میکرومتر دارای تنش برشی در بازه 1/0 - 10 میلی پاسکال در سطوح مختلف خود هستند که این بازه از تنش برشی مناسب برای تمایز سلول بنیادی به سلول استخوانی است، علاوه بر این، نتایج حاصل از توزیع جریان سیال در این داربست نشان می دهد که با توجه به دسترسی سیال به نواحی مختلف داربست حجم ناحیه مرده که محل مناسبی برای کشت سلول نیست دراین داربست کاهش یافته است، دستاوردهای حاصل از این پژوهش می تواند در شرایط آزمایشگاهی برای دستیابی به شرایط بهینه کشت سلول بنیادی در راستای تمایز به سلول استخوانی استفاده گردد.
کلید واژگان: داربست متخلخل، مدولاسیون مکانیکی، دینامیک سیالات محاسباتی، تمایز سلول بنیادیEvaluating the response of the stem cells to different mechanical stimulation is an important issue to obtain control over cell behavior in the culture environment. One of the effective parameters in the mechanoregulation of stem cells is the microstructure of scaffolds. Evaluating the effect of microstructure of scaffold in the lab environment is very complicated. Therefore, in this study, the effect of scaffold architecture on mechanical factors in the scaffold was investigated under oscillatory fluid flow by using numerical modeling. In this study, distribution of shear stress and fluid velocity in three types of scaffolds with spherical, cubical and regular hexagonal pores with length of 300, 350, 400, 450 and 500 micrometers were investigated by using computational fluid dynamics method. The results of the computational fluid dynamics model showed that the scaffold with spherical and cubic pores shape with length of 500 micrometers and scaffold with hexagonal pores with length of 450 micrometers experienced shear stress in the range of 0.1-10 mPa. This range of the shear stress is suitable for differentiation of the stem cell to bone cells. Moreover, the result of exerting oscillatory fluid flow to these scaffolds indicated that dead zones of the scaffold, where isn’t suitable for cell seeding, was decreased due to the access of fluid flow to the different area of scaffold. The results of this study can be used in a laboratory to achieve optimal stem cell culture to provide suitable environment culture for differentiation of stem cells toward the bone cell.
Keywords: Porous Scaffold, Mechanomodulation, Computational Fluid Dynamics, Stem Cell Differentiation -
The present study simulates Invelox in a three-dimensional and stable way. The flow regime is turbulent flow and an unorganized grid with 350000 cells was utilized. This work has studied the modeling of invelox with conventional dimensions and four different sizes in the form of four modes for use in a residential building. The numerical data with an error of less than 6% are in good agreement with the available experimental and analytical data. The results show that considering the average velocity of mode 2 with a velocity of 6.54 m/s and a 5% difference from the other two modes, it can be operated in a residential building. It is worth noting that in this investigation, in addition, the effect of dust on the turbine performance was evaluated. The results represent that the oscillation frequency of the blades increases with the increase of the rotational speed. In the case of not considering dust particles on blades, this amount increases by 25%, while considering dust particles with an amount of 0.1%, it increases up to 300%, and this can cause irreparable damage to the turbine as well as the power generation system.Keywords: Computational Fluid Dynamics, Invelox, Residential Building, Wind deflector
-
Static Mixers (SM), also generally known as inline mixers, form a newly developing industry trend. They have no moving parts, hence have lower energy consumption, lower installation cost, and very low maintenance cost, and are thus an attractive alternative to conventional agitators. Modifications were made to the design to reduce pressure drop and increase the mixing intensity across the mixer and increase the application of inline mixers in the industries. Three hybrid geometries (different combinations of Kenics and LPD) of static mixers were constructed and simulated using Computational Fluid Dynamics (CFD) tools. Kenics is an excellent radial mixing device, and Low-Pressure Drop (LPD) is an excellent axial mixing device. The key design parameter to modify LPD was the slope angle of elliptical plates which affects the mixer performance. Different slope angles from 90º to 120º were simulated. Kenics was modified for different aspect ratios, and the edge of Kenics was curved. Pressure drop, thermal, and Discrete Phase Model (DPM) analysis were performed on these three different classifications of hybrid geometries. The most promising geometry to emerge based on the low-pressure drop and good mixing efficiency was the curved edge Kenics. Keen-sighted these results, further analysis was performed on curved edge Kenics after the modification of the blend radius. It was concluded that for a lower Reynold number, the curved edge with a higher blend radius dominates all other mixers. Result validation was done by comparing the trends and sensitivity of process variables with the established results and standards.Keywords: Dynamic Analysis, Static mixer, Computational fluid dynamics, Low-pressure drop, Curved edge Kenics
-
In the present study, Computational Fluid Dynamics is used for heat transfer studies in the dimple, and flat plate heat exchangers. By employing water as a working medium (fluid), the same and different flow analyses were numerically studied. SOLID WORKS 2018 software was used for the study. The study primarily investigated the effect of the flow rate of hot fluid on the overall heat transfer coefficient. The study also analyzed the influence of hot fluid’s Reynolds number on cold fluid’s Nusselt number. It was observed that an increase in the mass flow rate of the hot fluid from 0.016 to 0.067 kg/s resulted in an increase in the heat transfer coefficient from 65 to 298 W/(m2.K) for the dimple plate heat exchanger (DPHE). Meanwhile, an increase in the Reynolds number of the hot fluid (from 200 to 1000), induced an increase in the Nusselt number of the cold fluid from 1.9 to 8.7 for DPHE. A correlation was developed to calculate the Nusselt number for the same flow analysis of the flat plate heat exchanger (FPHE). The study also compared the performance of the DPHE with that of the FPHE. The results of the same flow analysis indicated that the DPHE exhibited a Nusselt number value 39% greater than the FPHE at the highest mass flow rate of 0.067 kg/s, while in different flow analysis, the DPHE demonstrated a Nusselt number value 41% greater than the FPHE at the highest mass flow rate of 0.067 kg/s.
Keywords: Plate heat exchanger, Computational fluid dynamics, Flow analysis, Nusselt number, Overall heat transfer coefficient -
Pollution, Volume:9 Issue: 2, Spring 2023, PP 579 -590The simulation of photocatalytic reactor is conducted using computational fluid dynamics. Turbulence is described by using the RNG k-ε turbulence model. The DO radiation model is used to simulate the irradiance distribution in the photocatalytic reactor. The effects of operating parameters on the performance of photocatalytic reactor are considered. Results show that the degradation rate of oxalic acid decreases with the increase of inlet flow. The degradation efficiency decreases from 50% to 40% when the flow rate changes from 2.5 m3 h−1 to 10 m3 h−1. The degradation rate of oxalic acid can be improved by increasing the irradiance of the lamp. The degradation efficiency of oxalic acid in the photocatalytic reactor first reaches a maximum degradation efficiency with the increase of titanium dioxide concentration, and then decreases with the increase of titanium dioxide concentration. An optimal concentration of catalysts exists. The maximum degradation efficiency is 27% for the catalyst concentration of 20 µgL−1.Keywords: Photocatalytic reactor Photocatalytic Degradation, Computational Fluid Dynamics
-
Pollution, Volume:8 Issue: 4, Autumn 2022, PP 1116 -1126A mathematical model is presented to simulate the photocatalytic degradation of terbuthylazine in a continuous stirred tank reactor. The flow field is described by the continuity equation and the momentum equation. An advection-diffusion-reaction equation is used to simulate the transport of terbuthylazine. The chemical reactions take place on the inner wall surface coated with the catalyst, which is described by a third-kind boundary condition. A transient differential equation is used to describe the variation of inlet concentration with time. All governing equations are solved using the commercial computational fluid software ANSYS Fluent. The simulation results agree with the experimental data at different temperatures and different flow rates. The radial distribution of terbuthylazine in the reactor is discussed in detail. The velocity depicts a parabolic curve with a maximum velocity of 0.0005 m s-1, 0.001 m s-1, 0.00022 m s-1 and 0.0032 m s-1 for 50 mL min-1, 100 mL min-1, 200 mL min-1, and 300 mL min-1, respectively. At the flow rate of 300 mL min-1, concentration of terbuthylazine decreases from 3.6 mg dm-3 to 0.8 mg dm-3 whereas concentration of cyanuric acid increases from 0.05 mg dm-3 to 0.28 mg dm-3. It shows that the radial effect of velocity and concentration should be taken into account. The mathematical model used in this study is suitable for simulating the photocatalytic degradation process of terbuthylazine in continuous stirred tank reactors.Keywords: Terbuthylazine, Continuous stirred-tank reactors, Photocatalytic degradation, Computational Fluid Dynamics
-
This numerical and experimental work aims to improve the heat transfer inside a solar thermal collector. By incorporating rectangular baffles in the middle of the distributed air passing channel at different angles of inclination (ß= 90°, ß= 180°, ß= 180° and ß= 90°). That is called the model H. These experiments were carried out in the Biskra region of Algeria in good natural conditions with an average solar radiation approximately constant I= 869 W/m2 varying from 11:30 to 14:00. After the completion of the experimental investigation, a computational fluid dynamics (CFD) model was created that matches this experimental model with the same experimental boundary conditions. In the numerical study, ANSYS Fluent 18.1 was used to conduct simulations and compare the results of the thermal and hydraulic performance of the collector. It was concluded that the effectiveness of the CFD model, meaning that the theoretical and numerical data were very close to each other for all mass flow rates. As the mass flow increased the heat transfer process increased, while the absorber plate temperature inside the collector for experimental and numerical studies decreased. Addition of baffles increased heat transfer, due to the creation of turbulent flow that leads to crack the dead thermal layers near the absorber plate, which leads to an increase in heat transfer from the absorber plate to the air.Keywords: Ansys Fluent, baffles, Computational Fluid Dynamics, heat transfer, Solar Air Collector
-
In this study, thermal-hydraulic analysis of a dry storage cask for Bushehr Nuclear Power Plant spent nuclear fuels is carried out. Geometry drawing and mesh generation were completed in SolidWorks and Gambit software, respectively. Three different cases were considered for the cask geometry and design including cask with/without spacers and cask with spacers and fins. Thermal-hydraulic analysis of the cask was performed for steady-state and normal storage conditions in ANSYS CFX solver package. Simulation results indicated a weak thermal-hydraulic behavior of the cask in the geometry without spacer and maximum fuel temperature exceeded the allowable safety limits. However, with the addition of spacers and fins in the geometry of the cask, thermal behavior of the cask was significantly improved and maximum fuel temperature achieved a proper margin compared to the allowable safety limits. As a result, the spent fuel integrity will be maintained in the normal storage conditions. The simulation results were compared with a literature published paper and it showed a good agreement between the calculated results.
Keywords: Dry Storage Cask, thermal-hydraulic analysis, Computational Fluid Dynamics, Spent Nuclear Fuel, Bushehr Nuclear Power Plant -
پیش بینی مقاومت کشتی مهمترین بخش طراحی هیدرودینامیکی کشتی است. امروزه روش های محاسباتی به عنوان ابزاری متداول برای این منظور استفاده می شوند. محاسبه مقاومت کل شناور با روش عددی دینامیک سیالات محاسباتی به صورت دوفازی به زمان محاسباتی زیادی نیاز دارد. ایده تقسیم بندی مقاومت کل به مولفه های مختلف بر مبنای عامل فیزیکی ایجاد کننده نیرو از اصول اساسی در هیدرودینامیک کشتی است. در روش ترکیبی ارایه شده بر مبنای اصل تقسیم بندی مقاومت، بخش مربوط به مقاومت موج سازی با کمک انتگرال میشل و بخش ویسکوز با حل معادلات جریان واقعی و روش دو بدنه و به صورت تک فاز در محیط دینامیک سیالات محاسباتی بدست آمده است. محاسبات برای 10 سرعت مختلف در بازه عدد فرود 06/0 تا 62/0 انجام و در هر سرعت سهم هر کدام از مولفه های مقاومت تعیین گردیده است. در روش ترکیبی زمان محاسبات به شدت کاهش می یابد. برای مقایسه نتایج، شبیه سازی ها در حالت دوفازی نیز انجام شده است. نتایج به دست آمده از روش ترکیبی و دوفازی به طور متوسط 7 درصد اختلاف دارند با این حال زمان محاسبات حالت ترکیبی به طور متوسط 97 درصد کمتر از زمان شبیه سازی حالت دوفازی به دست آمده است.کلید واژگان: روش انتگرال میشل، دینامیک سیالات محاسباتی، روش ترکیبی دوبدنه، مقاومت موجسازی، مقاومت ویسکوزThe prediction of ship resistance is the most important part of the ship's hydrodynamic design. Nowadays, computational methods are used as a common tool for this purpose. Ship total resistance calculation by using two phase numerical method based on the Reynolds-averaged Naiver–Stokes solution requires high computational power. The idea of total resistance decomposition based on the physical cause is a basic principle in the ship hydrodynamic. In the proposed hybrid method, wave making resistance part is calculated by using Michell Integral and viscous part is computed by numerical solution of one phase viscous flow for double body condition. Computations are performed for 10 velocities from Fn = 0.06-0.62 and at each velocity the percentage of every component calculated. Hybrid method reduce computational time. To investigate the results, tow phase simulations are performed for a SWATH vessel. On average, there are 7% difference between the results obtained from hybrid and two phase method and computational time in hybrid method is 97% less than two phase method.Keywords: Michell Integral method, Computational Fluid Dynamics, Double body hybrid method, Wave making resistance, Viscous resistance
-
In the present paper, the use of radiating gas instead of air inside the cavity of compound parabolic collectors (CPSs) is suggested and verified by numerical analysis. The collector under study has a simple cone shape with flat absorber which is filled with a participating gas such as carbon dioxide instead of air for the purpose of increasing the thermal performance. In numerical simulation, the continuity, momentum and energy equations for the steady natural convection laminar gas flow in the CPC’s cavity and the conduction equation for glass cover and absorber plate were solved by the finite element method (FEM) using the COMSOL multi-physics. Because of the radiative term in the gas energy equation, the intensity of radiation in participating gas flow should be computed. Toward this end, the radiative transfer equation (RTE) was solved by the discrete ordinate method (DOM), considering both diffuse and collimated radiations. The approximation was employed in calculation of the diffuse part of radiation. It was observed that the gas radiation causes high temperature with more uniform distribution inside the cavity of collector. Also, numerical results reveal more than 3% increase in the rate of heat transfer from absorber surface into working fluid and hence a desired performance for the collector because of the gas radiation effect. Comparison between the present numerical results with theoretical and experimental data reported in the literature showed good consistency.Keywords: Compound Parabolic Collector, Gas radiation, Natural convection, Computational Fluid Dynamics
-
In this article, Entropy generation and enthalpy are investigated on the pipe wall in developed laminar flow for 7 cases. Variation of entropy generation and enthalpy are shown along the radius. Entropy generation and enthalpy along the radius are obtained. Heat transfer is increased with the flow of fluid through the pipe, in inlet of pipe points to the output. The amount of entropy generation in the pipes of higher temperature is more than other points. Enthalpy is proportional to temperature in surface variation of 7 cases. In the points of higher temperature in elementary cases, the enthalpy value is increasing and it is increasing in other cases. Fluctuations of enthalpy and entropy generation are producted in interface points of pipe surfaces. The diagram data can be used to measure the minimum entropy generation in pipe heat transfer. Minimum entropy generation is in surface whit high temperature. The enthalpy in centerline is constant and inlet enthalpy of the tube is greater than other point with higher temperatures in radial flow. The lowest enthalpy is obtained in tubes with lowest initial temperature (case 7). Minimum entropy generation is presented in surface whit high temperature at the beginning (case 1-3) or high at the ending (case 5-7).Keywords: Non-uniform Temperature, Entropy Generation Enthalpy, Computational Fluid Dynamics
-
Convection flow is passed in a pipe wall possessing radiation-convection, in order to find the best case with at least enthalpy and minimum entropy generation, through pipe wall having radiant flow. Flow in developed laminar conditions is investigated. Radiant flow is simulated Passing the natural convection on the wall with for 6 cases. Variation of radiation along the pipe touching with natural convection causes to change temperature, entropy generation and enthalpy for each case. Different profiles are investigated distributions of temperature, entropy generation and enthalpy along the radius. Along the wall are shown variation in enthalpy and entropy generation. There have been increased in radiation-convection boundary conditions temperature, enthalpy as well as entropy generation. Along the radius and axis have appropriately been increased in radiation boundary conditions than convection, the amounts of enthalpy. Near the wall are occurred the most changes in temperature, enthalpy and entropy generation. Application the thermal boundary conditions are used for minimum entropy generation make fluid with high prandtl number to become high thermal carrier. Solar radiation application are used in Parabolic Trough, Parabolic Dish, Solar Chimney and tube furnace in various cases. Application are used for minimum entropy generation.Keywords: Computational Fluid Dynamics, Enthalpy, Entropy generation
-
زمینه و هدفموقعیت کشور ایران در منطقه مناسب جغرافیایی، دارا بودن مرزهای گسترده دریایی و همچنین وجود خطوط ترانزیتی گسترده کالا موجب شده است اغلب تجارت کالا به وسیله کشتی صورت می گیرد. همواره یکی از بحث های گسترده در زمینه حمل و نقل دریایی میزان سوخت مصرفی می باشد. در این پژوهش بر آنیم تا با مدلسازی چندنمونه جانمایی کانتینر در سرعت یکسان به مدلی بهینه از جانمایی کانتینر بر روی عرشه بپردازیم.روش بررسیدر این مقاله با استفاده از نرم افزار انسیس سی اف ایکس یک شناور پست پاناماکس کانتینربر به ظرفیت 9000 TEU با چیدمان های مختلف کانتینر روی عرشه با نسبت 4/1 مدل سازی و شبکه بندی شده، سپس جریان باد حول آن در چیدمان های مختلف کانتینر شبیه سازی شده است.یافته هانتایج تحقیق نشان می دهد که شکل جانمایی کانتینرها بر روی عرشه بر مقاومت بادکشتی تاثیرگذار است و نتایج شبیه سازی عددی تطبیق مناسب با آزمایش های تجربی دارد. در ادامه تاثیر چیدمان کانتینر بر کاهش مصرف سوخت و آلاینده ها محاسبه شده است. بحث و نتیجه گیری: توصیه می شود که برای کاهش نیروی درگ و در نتیجه کاهش مصرف سوخت و صدور آلاینده ها زیست محیطی در بارچینی کشتی های کانتینری از خالی گذاشتن و چیدمان نامتوازن کانتینرها روی عرشه پرهیز شود. همچنین، چیدمان کانتینرها چه در عرشه جلویی و چه در عرشه عقبی به حالت خط جریان سازی شده نزدیک تر گردد.کلید واژگان: کشتی کانتینربر، دینامیک سیالات محاسباتی، نیروی درگ باد، آشفتگی جریان، مصرف سوختBackground and ObjectiveIran has access to open seas and plenty of sea transit around it has urged presence of merchant ships in the region. Fuel consumption has always been a matter of concern for ships. In this study, it is attempted to develop computer models for several container ship cargo configurations and discuss an optimum configuration at a constant speed front wind.MethodThe paper presents simulation results using ANSYS CFX commercial software for a Post-Panamax 9000 TEU container ship. The ship is modelled in a 1:4 scale, then using unstructured mesh the wind filed around it is solved. Drag force, drag coefficient, pressure contour and wind streamline velocity in ten different loading conditions are compared with each other. Finally, the optimized container configuration for loading on deck of the vessel is introduced. Findings: Simulation results demonstrate the influence of container configuration on wind load distribution. Also the numerical results are verified versus wind tunnel test data. Finally, the influence of container configurations on fuel consumption and reduction of pollutant emissions was calculated. Discussion and Conclusion: It is proposed to minimize empty spaces between the cargo containers and avoid unbalanced cargo distribution over deck in order to reduce the wind drag force and consequently reduce the fuel consumption and pollutant emissions. Also, it is suggested to make cargo distribution on the forward and aftward deck areas more streamlined.Keywords: Container Ship, Computational Fluid Dynamics, Air Resistance, Flow Turbulence, Fuel Consumption
نکته
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
©2000-2025 magiran.com All Rights Reserved.