CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH SẤY PHUN
5.3 Ứng dụng phần mềm FLUENT để mô phỏng và tính toán
- Mô phỏng quá trình chuyển động của dòng chảy và các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy như: vận tốc, nhiệt độ, áp suất với độ chính xác và tính tin cậy cao tạo điều kiện thuận lợi cho việc chọn vật liệu và thiết kế đường ống, biểu diễn được trạng thái của dòng chảy nhằm ứng dụng vào trong thực tiễn có hiệu quả hoặc phân tích các quá trình thủy khí động lực học.
- Xác định được một số thông số động học của dòng chảy trong quá trình hòa trộn hai dòng chất lỏng là đồng nhất hay không đồng nhất mà trước kia dùng phương pháp tính toán thông thường rất khó khăn, phức tạp và tốn kém mà không thu được kết quả cao.
- Phầm mềm FLUENT cho phép đọc dữ liệu trên 2D, 3D đã được tạo ra từ các phần mềm SOLID-EDGE, I-DEAS, GAMBIT, ANSYS, CAD... để có thể đa dạng hóa các bài toán thiết kế.
- Ứng dụng phần mềm FLUENT trong kỹ thuật sẽ rút ngắn được thời gian thiết kế, giảm chi phí trong chế tạo và thử nghiệm, tối ưu hóa trong sử dụng cũng như kết cấu để có một mô hình dòng chảy có tính năng tối ưu nhất có thể được.
Với những ưu điểm nổi bật không thể phủ nhận của phần mềm FLUENT trong tính toán dòng chảy nói riêng và thủy khí động lực học nói chung. Với ý tưởng muốn khai thác phần mềm FLUENT để tính toán một số bài toán thủy khí động lực dòng nhiều pha như bài toán phối trộn, bài toán về bơm, bài toán quạt, tuabin và một số bài toán khác. Đây là một hướng nghiên cứu mới có tính tin cậy cao, khi tính toán hoàn thiện ta thấy được một bức tranh toàn cảnh về các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy và ảnh hưởng đến buồng phun, đường ống hay là ảnh hưởng đến cánh bơm…. từ đó ứng dụng làm cơ sở vào trong thực tế đời sống.
58
Bằng phần mềm FLUENT, chúng ta có thể hoàn toàn tính toán mô phỏng được các thông số động học, từ đó có thể tính toán thiết kế được buồng phun hòa trộn, đường ống, bơm, quạt, tuabin,… một cách chính xác, hiệu quả và tối ưu.
5.3.2 Bài toán mô phỏng không gian buồng sấy phun
Bài toán buồng sấy phun là bài toán dòng nhiều pha (2 pha) với nhiều dòng hòa trộn: dòng khí nén, dòng không khí nóng được gia nhiệt và dòng dịch phun. Ba luồng này được phun vào trong không gian buồng sấy, hòa trộn vào nhau, đồng thời dòng dịch phun tạo sương, các giọt chuyển từ pha lỏng sang pha khí. Trong phần mô hình hóa bài toán này, tôi đã tiến hành mô phỏng kiểm nghiệm với dòng dịch là nước với hai chế độ nhiệt độ của tác nhân sấy (không khí nóng) giống như thực nghiệm đã tiến hành là: Chế độ nhiệt độ thấp (tvào = 800C)và chế độ nhiệt độ cao (tvào = 1600C). Các thông số điều kiện biên cho từng dòng được biểu diễn trên bảng 5.1 dưới đây:
Bảng 5.1: Các chế độ tiến hành mô phỏng
STT Các thông số Chế độ nhiệt độ thấp Chế độ nhiệt độ cao
1 Không khí
nóng
+ Lưu lượng: 25,20 kg/h + Nhiệt độ đầu vào: 800C + Thông số nhiệt vật lý tại nhiệt độ vào:
ρ = 1,0kg/m3
Cp = 1,005 kJ/kgK λ = 3,05.10-2 W/mK à = 21,4.10-6 Pa.s
+ Lưu lượng: 25,20 kg/h + Nhiệt độ đầu vào: 1600 C + Thông số nhiệt vật lý tại nhiệt độ vào:
ρ = 0,815k/m3
Cp = 1,01 kJ/kgK λ = 3,64.10-2 W/mK à = 24,5.10-6 Pa.s
59
2 Không khí
nén
+ Áp suất: P = 1,5 bar + Nhiệt độ: 300C + Lưu lượng: 6,32 kg/h + Thông số nhiệt vật lý tại nhiệt độ vào:
ρ = 1,165 kg/m3
Cp = 1,005 kJ/kgK λ = 2,67.10-2 W/mK à = 18,6.10-6 Pa.s
+ Áp suất: P = 3,0 bar + Nhiệt độ: 280C + Lưu lượng: 9,32 kg/h + Thông số nhiệt vật lý tại nhiệt độ vào:
ρ = 1,165 kg/m3
Cp = 1,005 kJ/kgK λ = 2,67.10-2 W/mK à = 18,6.10-6 Pa.s 3 Dòng dịch
phun
+ Lưu lượng: 380 ml/h + Nhiệt độ vào: 200C + Thông số nhiệt vật lý tại nhiệt độ vào:
ρ = 996,4 kg/m3
Cp = 4,187 kJ/kgK.
λ = 60.10-2 W/mK à = 896,6.10-6 Pa.s
+ Lưu lượng: 400 ml/h + Nhiệt độ vào: 200C + Thông số nhiệt vật lý tại nhiệt độ vào:
ρ = 998,2 kg/m3
Cp = 4,183 kJ/kgK.
λ = 59,9.10-2 W/mK à = 1004.10-6 Pa.s 4 Lưu chất tại
đầu ra (xem là không khí
+ Nhiệt độ: 400C + Tốc độ: 6,42 m/s
+ Nhiệt độ: 1200C + Tốc độ: 7,85 m/s
60 khô)
+ Thông số của không khí nóng tại nhiệt độ này:
ρ = 1,128 kg/m3
Cp = 1,005 kJ/kgK λ = 2,76.10-2 W/mK à = 16,79.10-6 Pa.s
+ Thông số của kk nóng tại nhiệt độ này:
ρ = 0,898 kg/m3
Cp = 1,909 kJ/kgK λ = 3,34.10-2 W/mK à = 25,45.10-6 Pa.s