مرجع اسکرابر صنعتی

پیشگفتار
در نیروگاه هسته ­ای (NPP)، مهار راکتور واپسین بازدارنده برای پیشگیری بیسون صنعت از رهاسازی متاع شکافت رادیواکتیو به دور و بر زیست بخاطر معضل هسته راکتور میباشد.مهار راکتور می­تواند بدلیل ارتقا فشار ساخت گردیده توسط تنزل گرمای هسته راکتور مذاب گردیده شدیداً جراحت ببیند (AREVA, 2011).

برای پیشگیری از پیامدهای حاد :
سیستم مهار تخلیه گردیده غربال گردیده (FVCS) (Schlueter and Schmitz, 1990) در اسکرابر صنعتی نیروگاه هسته ­ای برای حفظ از صحت تلاش مهار در قبال ارتقاء فشار و حذف تولید ها شکافت که در حالات آروسل، بخار و گازی تشکیل می­شوند نصب گردیده تا از سوخت به مهار آزاد شوند (Rust et al., 1995). FCVS عمدتاً از اسکرابر ونتوری و غربال فن فلزی درست شده میباشد .اسکرابر ونتوری یکی مهم‌ترین اشکال اسکرابر مرطوب میباشد.

جهت نظافت کردن گاز مهار گردیده در قبال قطرات با مجال تماس کوتاه در میان فازهای مایع و گاز داخل آن استعمال می­گردد.اسکرابر ونتوری در جايگاه نخستین مشمول سه نصیب میباشد:

نخستین قسمت همگرا که گاز را با گاز حداکثر آن می­رساند
دوم نصیب گلوگاه که میان نصیب­های همگرا و واگرا میباشد که گاز و مایع با یکدیگر در تبادل میباشند
سوم نصیب ناشر میباشد که سرعت سیال برای بازیابی فشار کاهش پیدا می­نماید (Goncalves et al., 2003).
طریق دینامیک
سیال محاسباتی (CFD) بطور وسیع­ای در پژوهش ها بخاطر محدوده پژوهش می گردد.پهناور خصوصیت­ها در شاخه ­های متعدد علم ها و مهندسی برای بهبود و محاسبه کوشش سیستم یا این که پیاده سازی گزینه استعمال قرار گرفته میباشد.ANSYS CFX یکی‌از شایسته ترین ابزار CFD میباشد که تکنیک وسعت محصور را برای تفحص پدیده بغرنج می باشند.مانند جریان تعدادی فازی، عکس العمل شیمیایی، توربولانسی و جابجایی حرارت و جرم و غیره در سیستم و پیاده سازی به کارگیری می­نماید. اسکرابر ونتوری یک کدام از مهترین اجزاء FVCS برای حذف آروسل­ها یا این که غبار از گاز مهار گردیده‌است.به این ترتیب، پیاده سازی درست اسکرابر ونتوری ضروری میباشد.به همین برهان، علم در خصوص دینامیک سیال در اسکرابر ونتوری بسیار اصلی میباشد که مشتمل بر جریان سه فازی بعنوان نمونه گاز، مایع و غبار میباشد.

دو شیوه در دسترس برای مشابه­ سازی جریان یکسری فازی در CFX وجود داراست :
فازهای دور از هم گردیده را بصورت زنجیره متقابل اصلاح می ­کند در حالیکه شیوه لاگرانژین فازهای دور از هم را بصورت ماهیت­های شخصی اصلاح می­نماید (ANSYS, 2010).مزیت شیوه لاگرانژین به اولرین ردیابی ذره (قطره یا این که جامد) تزریق گردیده داخل دامنه میباشد.مقادیر میانگین مثلا سرعت، جرم، و دمای فاز ذرات احتساب می­گردد.در حالیکه شیوه لاگرانژین این مقادیر را برای هر ذره ارائه گردیده به حساب آوردن می­کند (Guerra et al., 2012).بازدهی حذف ذرات غبار در اسکرابر ونتوری به وسیله طرح اولرین-لاگرانژین در ANSYS CFX مشابه ­سازی و نظارت گردیده‌است.

خصوصیت­ های اسکرابر ونتوری مانند سرعت گاز در گلوگاه، کسر مایع، اندازه قطره و بازدهی حذف تفحص گردیده ­اند. حاصل مشابه ­سازی با حاصل آزمایشگاهی برای اعتبار سنجی سبک و طریق مشابه­ سازی مقایسه گردیده­ اند.نصیب ۲ فعالیت قبل برای بازدهی­ حذف غبار در بسته ­های قابل انعطاف افزاری گوناگون را رسیدگی می­نماید.قسمت ۳ تجهیزات پیشرفت داده گردیده برای تست بازدهی حذف غبار را تشریح می­نماید.نصیب ۴ سبک ریاضی برای توربولانس، جابجایی ذرات و بازدهی حذف ذرات را تشریح می­نماید.قسمت ۵ شیوه عددی حل موضوع را پر‌نور می­کند.در قسمت ۶، حاصل بدست آمده از مشابه ­سازی مشاجره گردیده ­اند.نصیب ۷ حاصل این عمل تحقیقاتی را بصورت خلاصه تشریح می­نماید.

تاریخچه
منزه و چانگ (۲۰۰۶) بازدهی گردآوری ذرات غبار در اسکرابر ونتوری را توسط کد KIVA مشابه ­سازی کردند.سبک مصرف شده در کد KIVA برای جریان گاز، مایع و جریان غبار تصحیح گردیده بود.برای فاز گازی و نحوه لاگرانژین برای قطره و غبار مستعمل میباشد.معادله ناویر-استوکس معادله تکان گاز را حل کرد، در حالیکه معادله بست-بوسینس-اوسین (B-B-O) برای قطره و غبار بکار رفت.تصحیح اشمل و همیاران برای انتخاب ضریب درگ قطره توصیه گردیده بود. ذره غبار توسط سازوکار بهم فشردگی اینرسیایی به وسیله قطرات گیر افتاده بود.افت فشار بدلیل حدس ناصحیح قطره و نادیده گرفتن غشاء روی دیواره­ها تحت حدس شد.حاصل آزمایشگاهی و مشابه­ سازی برای بازدهی توده با همدیگر بخوبی همخوانی دارا هستند.تائو و کویشنگ (۲۰۰۹) پدیده جابجایی حرارت و جرم میان قطره و فاز گاز در اسکرابر ونتوری را بصورت عددی با نرم‌افزار FLUENT گزینه بازرسی قرار دادند.فاز گاز با طرز اویلر بصورت فاز پیوسته در حیث دریافت شد، درحالیکه قطره و فاز غبار با طریق لاگرانژین در حوزه گزینه تحقیق بصورت فاز منقطع مراعات شوید.

سبک توربولانس
سبک توربولانس RNG k-ε برای مشابه­ سازی به کارگیری شد. آب بصورت اسپری تزریق شد.بازدهی گردآوری قطره بصورت منفرد برای بهم فشردگی اینرسیایی احتساب شد.ضریب جابجایی حرارت از تصحیح رانز و مارشال احتساب شد در حالیکه تصحیح ناسلت برای به حساب آوردن ضریب جابجایی جرم به کارگیری شد.کارایی اسکرابر ونتوری در وضعیت­های متعدد بافل و نسبت مایع به گاز متفاوت بررسی گردیده است. پارامترهای در لحاظ گرفته گردیده برای آنالیز سعی اسکرابر ونتوری بصورت تحت بودند:افت فشار، بازدهی گردآوری، کسر مولی، سرعت و نمودارهای دما.مشاهده شد که با کاهش نسبت مایع به گاز و گشوده بودن بافل، افت فشار و بازدهی گردآوری ارتقاء یافت.جونیوا و همیاران (۲۰۰۹) بازدهی دریافت کردن اسکرابر ونتوری را با بسته OpenFOAM مشابه­سازی کردند.

سبک TAB
سبک TAB برای تفکیک کردن قطره مصرف شده میباشد.بازدهی دریافت کردن قطره منفرد توسط روی هم گذاشتن سازوکار اینرسی، حائل شدن و نفوذ به حساب آوردن شد‌ه‌است.تاثیر فیلم دیواره نیز پژوهش گردیده بود. سبک­های ته نشینی و ماندگی قطره در استیناف مصرف شده بودند.افت فشار کلی و بازدهی گردآوری از مشابه­سازی احتساب شدند که بخوبی با داده آزمایشگاهی حدس شدند.

امکانات آزمایشگاهی
نمودار طرح کلی تجهیزات آزمایشگاهی برای استیناف بازدهی حذف غبار از اسکرابر ونتوری در صورت ۲ علامت داده شد‌ه‌است.در مرحله اولیه، گاز بشدت فشرده گردیده توسط کمپرسور هوا مدد می­خواهد شد.این گاز فشرده گردیده به ترازو مازاد در تانک هوا ذخیره می­گردد.گاز فشرده گردیده به وسیله فیلترهای هوا پیش از تزریق داخل چرخه مهم پاک می­گردد.در مرحله دوم دی اکسید تیتانیوم (TiO۲) با قطر میانگین ۱ میکرومتر داخل چرخه مهم از دستگاه تزریق ذرات غبار تزریق می­گردد. مرحله سوم دربرگیرنده مخزن آب برای تزریق مایع باطن اسکرابر ونتوری میباشد.اسکرابر ونتوری داخل مخزن ونتوری طوری قرار داده شد‌ه‌است که جهت جریان­های گاز مخالف جاذبه می ­باشد.اسکرابر ونتوری در نرخ جریان جرمی گاز ۰۹/۰، ۱۱۵/۰ و ۱۴/۰ کیلوگرم بر ثانیه و نرخ جریان مایع ۱/۰، ۱۳/۰ و ۱۶/۰ کیلوگرم بر ثانیه شغل می­نماید.غلظت ذرات غبار در نقطه مثال گیری در ورودی Si و خروجی So به وسیله شیوه فیلتراسیون اندازه گیری گردیده است.بازدهی حذف غبار از معادله ذیل احتساب گردیده است:

پیشگفتار
در نیروگاه هسته ­ای (NPP)، مهار راکتور واپسین بازدارنده برای پیشگیری بیسون صنعت از رهاسازی متاع شکافت رادیواکتیو به دور و بر زیست بخاطر معضل هسته راکتور میباشد.مهار راکتور می­تواند بدلیل ارتقا فشار ساخت گردیده توسط تنزل گرمای هسته راکتور مذاب گردیده شدیداً جراحت ببیند (AREVA, 2011).

برای پیشگیری از پیامدهای حاد :
سیستم مهار تخلیه گردیده غربال گردیده (FVCS) (Schlueter and Schmitz, 1990) در اسکرابر صنعتی نیروگاه هسته ­ای برای حفظ از صحت تلاش مهار در قبال ارتقاء فشار و حذف تولید ها شکافت که در حالات آروسل، بخار و گازی تشکیل می­شوند نصب گردیده تا از سوخت به مهار آزاد شوند (Rust et al., 1995). FCVS عمدتاً از اسکرابر ونتوری و غربال فن فلزی درست شده میباشد .اسکرابر ونتوری یکی مهم‌ترین اشکال اسکرابر مرطوب میباشد.

جهت نظافت کردن گاز مهار گردیده در قبال قطرات با مجال تماس کوتاه در میان فازهای مایع و گاز داخل آن استعمال می­گردد.اسکرابر ونتوری در جايگاه نخستین مشمول سه نصیب میباشد:

نخستین قسمت همگرا که گاز را با گاز حداکثر آن می­رساند
دوم نصیب گلوگاه که میان نصیب­های همگرا و واگرا میباشد که گاز و مایع با یکدیگر در تبادل میباشند
سوم نصیب ناشر میباشد که سرعت سیال برای بازیابی فشار کاهش پیدا می­نماید (Goncalves et al., 2003).
طریق دینامیک
سیال محاسباتی (CFD) بطور وسیع­ای در پژوهش ها بخاطر محدوده پژوهش می گردد.پهناور خصوصیت­ها در شاخه ­های متعدد علم ها و مهندسی برای بهبود و محاسبه کوشش سیستم یا این که پیاده سازی گزینه استعمال قرار گرفته میباشد.ANSYS CFX یکی‌از شایسته ترین ابزار CFD میباشد که تکنیک وسعت محصور را برای تفحص پدیده بغرنج می باشند.مانند جریان تعدادی فازی، عکس العمل شیمیایی، توربولانسی و جابجایی حرارت و جرم و غیره در سیستم و پیاده سازی به کارگیری می­نماید. اسکرابر ونتوری یک کدام از مهترین اجزاء FVCS برای حذف آروسل­ها یا این که غبار از گاز مهار گردیده‌است.به این ترتیب، پیاده سازی درست اسکرابر ونتوری ضروری میباشد.به همین برهان، علم در خصوص دینامیک سیال در اسکرابر ونتوری بسیار اصلی میباشد که مشتمل بر جریان سه فازی بعنوان نمونه گاز، مایع و غبار میباشد.

دو شیوه در دسترس برای مشابه­ سازی جریان یکسری فازی در CFX وجود داراست :
فازهای دور از هم گردیده را بصورت زنجیره متقابل اصلاح می ­کند در حالیکه شیوه لاگرانژین فازهای دور از هم را بصورت ماهیت­های شخصی اصلاح می­نماید (ANSYS, 2010).مزیت شیوه لاگرانژین به اولرین ردیابی ذره (قطره یا این که جامد) تزریق گردیده داخل دامنه میباشد.مقادیر میانگین مثلا سرعت، جرم، و دمای فاز ذرات احتساب می­گردد.در حالیکه شیوه لاگرانژین این مقادیر را برای هر ذره ارائه گردیده به حساب آوردن می­کند (Guerra et al., 2012).بازدهی حذف ذرات غبار در اسکرابر ونتوری به وسیله طرح اولرین-لاگرانژین در ANSYS CFX مشابه ­سازی و نظارت گردیده‌است.

خصوصیت­ های اسکرابر ونتوری مانند سرعت گاز در گلوگاه، کسر مایع، اندازه قطره و بازدهی حذف تفحص گردیده ­اند. حاصل مشابه ­سازی با حاصل آزمایشگاهی برای اعتبار سنجی سبک و طریق مشابه­ سازی مقایسه گردیده­ اند.نصیب ۲ فعالیت قبل برای بازدهی­ حذف غبار در بسته ­های قابل انعطاف افزاری گوناگون را رسیدگی می­نماید.قسمت ۳ تجهیزات پیشرفت داده گردیده برای تست بازدهی حذف غبار را تشریح می­نماید.نصیب ۴ سبک ریاضی برای توربولانس، جابجایی ذرات و بازدهی حذف ذرات را تشریح می­نماید.قسمت ۵ شیوه عددی حل موضوع را پر‌نور می­کند.در قسمت ۶، حاصل بدست آمده از مشابه ­سازی مشاجره گردیده ­اند.نصیب ۷ حاصل این عمل تحقیقاتی را بصورت خلاصه تشریح می­نماید.

تاریخچه
منزه و چانگ (۲۰۰۶) بازدهی گردآوری ذرات غبار در اسکرابر ونتوری را توسط کد KIVA مشابه ­سازی کردند.سبک مصرف شده در کد KIVA برای جریان گاز، مایع و جریان غبار تصحیح گردیده بود.برای فاز گازی و نحوه لاگرانژین برای قطره و غبار مستعمل میباشد.معادله ناویر-استوکس معادله تکان گاز را حل کرد، در حالیکه معادله بست-بوسینس-اوسین (B-B-O) برای قطره و غبار بکار رفت.تصحیح اشمل و همیاران برای انتخاب ضریب درگ قطره توصیه گردیده بود. ذره غبار توسط سازوکار بهم فشردگی اینرسیایی به وسیله قطرات گیر افتاده بود.افت فشار بدلیل حدس ناصحیح قطره و نادیده گرفتن غشاء روی دیواره­ها تحت حدس شد.حاصل آزمایشگاهی و مشابه­ سازی برای بازدهی توده با همدیگر بخوبی همخوانی دارا هستند.تائو و کویشنگ (۲۰۰۹) پدیده جابجایی حرارت و جرم میان قطره و فاز گاز در اسکرابر ونتوری را بصورت عددی با نرم‌افزار FLUENT گزینه بازرسی قرار دادند.فاز گاز با طرز اویلر بصورت فاز پیوسته در حیث دریافت شد، درحالیکه قطره و فاز غبار با طریق لاگرانژین در حوزه گزینه تحقیق بصورت فاز منقطع مراعات شوید.

سبک توربولانس
سبک توربولانس RNG k-ε برای مشابه­ سازی به کارگیری شد. آب بصورت اسپری تزریق شد.بازدهی گردآوری قطره بصورت منفرد برای بهم فشردگی اینرسیایی احتساب شد.ضریب جابجایی حرارت از تصحیح رانز و مارشال احتساب شد در حالیکه تصحیح ناسلت برای به حساب آوردن ضریب جابجایی جرم به کارگیری شد.کارایی اسکرابر ونتوری در وضعیت­های متعدد بافل و نسبت مایع به گاز متفاوت بررسی گردیده است. پارامترهای در لحاظ گرفته گردیده برای آنالیز سعی اسکرابر ونتوری بصورت تحت بودند:افت فشار، بازدهی گردآوری، کسر مولی، سرعت و نمودارهای دما.مشاهده شد که با کاهش نسبت مایع به گاز و گشوده بودن بافل، افت فشار و بازدهی گردآوری ارتقاء یافت.جونیوا و همیاران (۲۰۰۹) بازدهی دریافت کردن اسکرابر ونتوری را با بسته OpenFOAM مشابه­سازی کردند.

سبک TAB
سبک TAB برای تفکیک کردن قطره مصرف شده میباشد.بازدهی دریافت کردن قطره منفرد توسط روی هم گذاشتن سازوکار اینرسی، حائل شدن و نفوذ به حساب آوردن شد‌ه‌است.تاثیر فیلم دیواره نیز پژوهش گردیده بود. سبک­های ته نشینی و ماندگی قطره در استیناف مصرف شده بودند.افت فشار کلی و بازدهی گردآوری از مشابه­سازی احتساب شدند که بخوبی با داده آزمایشگاهی حدس شدند.

امکانات آزمایشگاهی
نمودار طرح کلی تجهیزات آزمایشگاهی برای استیناف بازدهی حذف غبار از اسکرابر ونتوری در صورت ۲ علامت داده شد‌ه‌است.در مرحله اولیه، گاز بشدت فشرده گردیده توسط کمپرسور هوا مدد می­خواهد شد.این گاز فشرده گردیده به ترازو مازاد در تانک هوا ذخیره می­گردد.گاز فشرده گردیده به وسیله فیلترهای هوا پیش از تزریق داخل چرخه مهم پاک می­گردد.در مرحله دوم دی اکسید تیتانیوم (TiO۲) با قطر میانگین ۱ میکرومتر داخل چرخه مهم از دستگاه تزریق ذرات غبار تزریق می­گردد. مرحله سوم دربرگیرنده مخزن آب برای تزریق مایع باطن اسکرابر ونتوری میباشد.اسکرابر ونتوری داخل مخزن ونتوری طوری قرار داده شد‌ه‌است که جهت جریان­های گاز مخالف جاذبه می ­باشد.اسکرابر ونتوری در نرخ جریان جرمی گاز ۰۹/۰، ۱۱۵/۰ و ۱۴/۰ کیلوگرم بر ثانیه و نرخ جریان مایع ۱/۰، ۱۳/۰ و ۱۶/۰ کیلوگرم بر ثانیه شغل می­نماید.غلظت ذرات غبار در نقطه مثال گیری در ورودی Si و خروجی So به وسیله شیوه فیلتراسیون اندازه گیری گردیده است.بازدهی حذف غبار از معادله ذیل احتساب گردیده است: