ارائه‌کننده: ایلیا کاظمی
استاد راهنما: دکتر رضا مداحیان
استاد ناظر داخلی اول: دکتر علی جعفریان
استاد ناظر خارجی اول: دکتر علیرضا جلالی
تاریخ: 1403/04/09
ساعت: 9
مکان: دانشکده فنی و مهندسی، کلاس 154

چکیده:
در این پژوهش به بررسی پدیده خودهوادهی در سلول‌های شناورسازی خودهواده پرداخته شده است. سلول‌های شناورسازی خودهواده در مقابل سلول‌های شناورسازی هوادهی خارجی از مزایایی نظیر عدم نیاز به کمپرسور یا دمنده خارجی برای فرستادن هوا به داخل مخزن، توان مصرفی پایین‌تر و اشغال فضای کمتر برخوردار هستند. مهم‌ترین پارامتر در سلول‌های شناورسازی خودهواده، میزان مکش هوا به درون سلول است. به منظور بررسی پدیده خودهوادهی و مکش هوا به درون سلول‌های شناورسازی خودهواده، از مدل ساده شده این سلول‌ها با مخزنی استوانه‌ای شکل و توربین راشتون به عنوان پروانه استفاده شد.
برای شبیه‌سازی‌ها از مخازن بدون بفل استفاده شد. عدم وجود بفل‌ها باعث شکل‌گیری سریع‌تر گردابه در سطح مخزن خواهد شد که در سرعت‌های دورانی بالای پروانه، منجر به رخ دادن پدیده بلعیده شدن گردابه می‌شود که تأثیر بسزایی در افزایش نرخ مکش هوا به داخل آب دارد. ضعف روش حجم سیال در دیدن مکش هوا به درون مخزن، پیش‌بینی دقیق سطح مشترک بین آب و هوا، در نظر گیری برهمکنش‌های بین حباب‌های هوا و وابستگی شدید به اندازه المان‌های شبکه، باعث شد تا از روش دوسیالی جهت شبیه‌سازی دوفازی مسئله استفاده شود. همچنین به منظور افزایش دقت شبیه‌سازی، از مدل‌های شکست و ادغام لو و اسوندسن در معادلات توازن جمعیت استفاده شد. تعداد 45 شبیه‌سازی با در نظر گیری حالات مختلف سه نوع پروانه شامل پروانه‌های 4 پره، 6 پره و 8 پره، سه نوع ارتفاع اوّلیه آب شامل ارتفاع‌های 161، 191 و 222 میلی‌متر و پنج نوع سرعت دورانی پروانه شامل سرعت‌های دورانی 10، 20، 30، 40 و 50 رادیان بر ثانیه برای مدت زمان شبیه‌سازی 5 ثانیه صورت گرفت. با استفاده از این شبیه‌سازی‌ها، یک نقشه رژیم جریان برای سلول شناورسازی خودهواده ارائه شد.
در تشکیل نقشه رژیم جریان، یک عدد بدون بعد جدید تعریف گشت. همچنین فراوانی حباب‌ها با اقطار مختلف تحت شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفت. برای توربین راشتون 6 پره با توجه به نمودار تغییرات اندازه گشتاور وارد بر پروانه بر حسب زمان، مشخص شد که در سرعت‌های دورانی 30، 40 و 50 رادیان بر ثانیه، نمودار شامل قله ثانویه خواهد بود. این قله به دلیل نیمه‌مغروق شدن پروانه در این سرعت‌های دورانی رخ می‌دهد. در نهایت با استفاده از 45 شبیه‌سازی صورت گرفته، رابطه‌ای برای محاسبه کسر حجمی هوای وارد آب شده ارائه گشت.