• شماره مدرك
    21192
  • شماره راهنما
    18159
  • پديد آورنده

    عموشاهي، عليرضا

  • عنوان

    مدل‌سازي ترموديناميكي و شبيه‌سازي عددي يك كريستالايزر گردش اجباري به‌منظور بازيافت آب در فناوري تصفيه‌ي پساب بدون پسماند مايع

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • گرايش تحصيلي
    تبديل انرژي
  • محل تحصيل
    اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
  • سال دفاع
    1405
  • صفحه شمار
    سيزده، 82ص. : مصور، جدول، نمودار
  • توصيفگر ها

    كريستالايزر , تصفيه‌ي پساب بدون پسماند مايع , گردش اجباري , بازيافت آب , مدل‌سازي ترموديناميكي , شبيه‌سازي عددي

  • تاريخ ورود اطلاعات
    1405/05/19
  • كتابنامه
    كتابنامه
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك
  • دانشكده
    مهندسي مكانيك
  • تاريخ ويرايش اطلاعات
    1405/05/19
  • كد ايرانداك
    23238744
  • چكيده فارسي
    در اين پژوهش، طراحي و مدل‌سازي كريستالايزر گردش اجباري با هدف ارائه يك چارچوب جامع براي پيش‌بيني عملكرد و طراحي سيستم انجام شد. ابتدا روابط موازنه‌ي جرم و انرژي و سينتيك تبلور استخراج و در قالب يك الگوريتم عددي پياده‌سازي گرديد. الگوريتم توسعه‌يافته امكان محاسبه‌ي حجم دستگاه، دبي‌ها (بازچرخاني، آب بازيافت‌شده و بلور حاصل‌شده)، شرايط عملياتي و ميزان انرژي ورودي به سيستم را فراهم ساخت. در ادامه، مدل در محيط متلب كدنويسي شد و يك نمونه كريستالايزر صنعتي طراحي گرديد. همچنين اثر پارامترهاي مهمي نظير شرايط تغذيه، دماي بخار، دماي خروجي از مبدل حرارتي و غلظت خروجي از كريستالايزر بر عملكرد سيستم بررسي گرديد. نتايج نشان داد كه افزايش دماي تغذيه منجر به كاهش جزئي بار حرارتي مبدل و افزايش اندك توان پمپ مي‌شود؛ افزايش دبي جرمي تغذيه منجر به افزايش حجم كريستالايزر، افزايش دبي جرمي جريان بازچرخاني، افزايش دبي جرمي آب بازيافت‌شده و افزايش ميزان نمك جامد استحصال‌شده مي‌شود؛ افزايش غلظت تغذيه منجر به كاهش حجم كريستالايزر، كاهش دبي جرمي جريان بازچرخاني، كاهش دبي جرمي آب بازيافت‌شده و افزايش ميزان نمك جامد استحصال‌شده مي‌شود؛ افزايش دماي بخار منجر به افزايش دما و فشار كريستالايزر، افزايش شديد حجم كريستالايزر، افزايش شديد دبي جرمي جريان بازچرخاني، افزايش نسبتاً زياد توان پمپ، كاهش جزئي بار حرارتي مبدل و كاهش بار حرارتي كندانسور مي‌شود؛ افزايش دماي خروجي از مبدل حرارتي منجر به كاهش نسبتاً شديد حجم كريستالايزر، كاهش نسبتاً شديد دبي جرمي جريان بازچرخاني، كاهش قابل توجه توان پمپ و افزايش اندك بار حرارتي مبدل مي‌شود؛ افزايش غلظت خروجي از كريستالايزر نيز منجر به افزايش حجم كريستالايزر، افزايش دبي جرمي جريان بازچرخاني، افزايش دبي جرمي آب بازيافت‌شده و كاهش ميزان نمك جامد استحصال‌شده مي‌شود. همچنين دو پارامتر دماي بخار و دماي خروجي از مبدل حرارتي، به علت حساسيت زياد نتايج نسبت به تغييرات آن‌ها، از اهميت بالايي در طراحي كريستالايزر برخودارند؛ به همين دليل، انتخاب دقيق و هوشمندانه‌ي اين دو پارامتر مي‌تواند در دستيابي به يك طرح بهينه و مؤثر كمك كننده باشد. در گام نهايي، به منظور درك بهتر الگوي جريان و بررسي اندازه‌ي ذرات، شبيه‌سازي سي‌اف‌دي سه‌بعدي-دوفازي كريستالايزر در انسيس فلوئنت انجام شد. نتايج نشان داد كه رشد ذرات به خوبي درحال شكل گرفتن است به‌گونه‌اي كه ذرات با قطر متوسط 75.2 ميكرومتر و قطر ساتر 121.1 ميكرومتر وارد كريستالايزر مي‌شوند و در ادامه با قطر متوسط 89.8 ميكرومتر و قطر ساتر 191.3 ميكرومتر كريستالايزر را ترك مي‌كنند. در نهايت، نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد كه تركيب مدل‌سازي ترموديناميكي و شبيه‌سازي سي‌اف‌دي مي‌تواند ابزار مؤثري براي طراحي و بهينه‌سازي كريستالايزرهاي صنعتي باشد.
  • چكيده انگليسي
    In this study, a forced circulation crystallizer was designed an‎d modeled with the aim of developing a comprehensive framework for performance prediction an‎d system design. First, the governing mass an‎d energy balance equations, along with crystallization kinetics, were derived an‎d implemented within a numerical algorithm. The developed algorithm enabled the calculation of the crystallizer volume, mass flow rates (including recirculation, recovered water, an‎d produced solid salt), operating conditions, an‎d the required energy input to the system. Subsequently, the model was coded in MATLAB, an‎d an industrial-scale crystallizer was designed as a case study. The effects of key parameters—such as feed conditions, vapor temperature, heat exchanger outlet temperature, an‎d crystallizer outlet concentration—on system performance were systematically investigated. The results indicated that increasing the feed temperature leads to a slight reduction in the heat exchanger heat load an‎d a marginal increase in pump power. Increasing the feed mass flow rate results in an increase in all major parameters, including crystallizer volume an‎d mass flow rates of the recirculation, recovered water, an‎d produced solid salt. An increase in feed concentration decreases the crystallizer volume, recirculation mass flow rate, an‎d recovered water mass flow rate, while increasing the amount of solid salt produced. Raising the vapor temperature increases the crystallizer temperature an‎d pressure, significantly enlarges the crystallizer volume, substantially increases the recirculation mass flow rate, an‎d notably increases pump power, while slightly decreasing the heat exchanger heat load an‎d reducing the condenser heat load. Increasing the heat exchanger outlet temperature leads to a relatively pronounced reduction in crystallizer volume an‎d recirculation mass flow rate, a considerable decrease in pump power, an‎d a slight increase in heat exchanger heat load. Furthermore, increasing the crystallizer outlet concentration results in increases in crystallizer volume, recirculation mass flow rate, an‎d recovered water mass flow rate, while reducing the amount of produced solid salt. Among the studied parameters, vapor temperature an‎d heat exchanger outlet temperature exhibited the highest sensitivity an‎d therefore play a critical role in crystallizer design. Careful an‎d informed selec‎tion of these two parameters can significantly contribute to achieving an optimal an‎d efficient design. In the final stage, to gain deeper insight into the flow pattern an‎d particle size distribution, a three-dimensional, two-phase CFD simulation of the crystallizer was performed using ANSYS Fluent. The results demonstrated well-developed particle growth behavior: particles entered the crystallizer with a mean diameter of 75.2 µm an‎d a Sauter diameter of 121.1 µm, an‎d exited with a mean diameter of 89.8 µm an‎d a Sauter diameter of 191.3 µm. Overall, the findings of this research indicate that the integration of thermodynamic modeling an‎d CFD simulation provides an effective an‎d reliable tool for the design an‎d optimization of industrial crystallizers.
  • استاد راهنما
    رامين كوهي كمالي
  • استاد داور
    محسن دوازده امامي , احمد سوهان كار اصفهاني