Mekanik Karıştırıcıların Hesaplamalı Akışkanlar Mekaniği ile Sayısal Modellenmesi

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Mekanik Karıştırıcıların Hesaplamalı Akışkanlar Mekaniği ile Sayısal Modellenmesi"

Dilara Emre
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Mekanik Karıştırıcıların Hesaplamalı Akışkanlar Mekaniği ile Sayısal Modellenmesi Mehmet TEKE (1) Melih APAYDIN (2) 1 FİGES A.Ş, Makina Mühendisi 2 FİGES A.Ş, Makina Mühendisi ÖZET Bu çalışmada kimya sanayinde kullanılan bir mekanik karıştırcı, hesaplamalı akışkanlar mekaniği (HAD) ile sayısal olarak modellenmiştir. Analizler, silindirik bir tank için gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalarda ANSYS in hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) çözücüsü ANSYS CFX kullanılmıştır. Karıştırıcı çarkın dönüşü Multiple Frame of Referance kullanılarak hsaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Mekanik karıştırıcı, kimya, HAD 1.Giriş Mekanik karıştırıcılar, günümüzde kimya, petrokimya, gıda endüstrisi ve ilaç sanayi gibi çok geniş bir alanda, karışımı ve ısı transferini optimum düzeyde gerçekleştirmek için kullanılmaktadır. Optimum ürün kalitesini sağlamak için, karışımın verimli, kusursuz ve her defasında karışımın tekrar üretilebilir olması gerekmektedir. Ayrıca ideal karışımı en kısa sürede elde etmek önemli bir husustur. Kimya endüstrisinden bir örnek vermek gerekirse, kimyasalların hızlı karışımı verimli bir reaksiyon elde etmek için arzu edilen bir durumdur. Yine karışımı sağlayan çark, ideal bir karışım için yüksek türbülanslı akış üretmelidir. İyi dizayn edilmiş bir çark, hızlı ve türbülanslı bir karışım üretirken, enerji tüketimini azaltmalıdır. 2. Materyal ve Metot 2.1. Problemin Tanımı Bu uygulama, mekanik bir mikser içerisinde aseton ve turpentinin karışımını simule etmektedir. Aseton 5 m/s hız ile tank altında bulunan bir girişten enjekte edilmektedir. Ayrıca tank içinde karışımın türbülansını artırmak için 4 adet plaka kullanılmıştır. Şekil.1 model ile ilgili detayları göstermektedir. Şekil.1. Mekanik Mikser Kesiti 1 FİGES A.Ş. Petek-Bozkaya İş Merkezi C301 / 311 Celal Bayar Cad / Bursa-Türkiye

2 Geometri, ¼ simetrik olduğu için analizde ¼ lük bir dilim alınabilir. Bu sayede daha az eleman ve nod sayısı ile model çözülebilir. Model hazırlandıktan sonra sayısal çözümü için elemanlara ve düğüm noktalarına ayrılmalıdır. Bu işlem ANSYS ICEM CFD programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu aşamada ilk önce tank hexa elmanlar ile, çark etrafı da tetra elemanlar ile sayısal ağ üretilmiştir. Şekil.2 de tankın ve Şekil.3 de de çarkın sayısal ağları görülmektedir. Şekil.2. Tank Sayısal Ağ Sayısal ağın tamamlanmasının ardından model ANSYS CFX-Pre içine alınarak akış alanı ve sınır şartları tanımlanmıştır. Analiz, zamandan bağımsız olarak sistem rejime girinceye kadar yapılacaktır (Steady State Solution). Karışıtırıcı çark, 84 dev/dak ile dönmektedir. Dönen çarkın modellenmesi için MFR (Multiple Frame of Referance) kullanılmıştır. Ayrıca sistem içinde iki akışkan olduğu için multifaz çözücü kullanılmıştır. Sınır şartlarının tamamlanmasından sonra CFX-Solver ile model çözülmüştür. Şekil.3. Çark Sayısal Ağ 2.2. Malzeme Bilgisi Analizde kullanılan akışkanların fiziksel özellikleri aşağıdaki gibidir. Turpentin için Yoğunluk : 870 [kg/m 3 ] Viskozite : [kg/ms] Aseton için Yoğunluk : 780 [kg/m 3 ] Viskozite : [kg/ms]

3 3. Sonuçlar Sonuçların değerlendirilmesi CFX-Post içinde gerçekleştirilmiştir. Efektif karışımı göstermek için çeşitli plotlar oluşturulabilir. Şekil.4. Turpentin Kayma Gerilmesi Şekil.4 deki plotta kırmızı bölgeler maksimum karışımın olduğu bölgeleri göstermektedir. Şekil.5.Turpentin Akış Çizgileri

4 Şekil.6.Aseton Akış Çizgileri CFX-Post içinde akış çizgilerini oluşturmak son derece kolyadır. Akış çizgileri üzerinde ok sembolü tanımlayarak yönleri de görüntülenebilir.akış çizgilerinden ayırıcı plakaların karışıma olan olumlu etksi rahatlıkla görülebilir. Şekil.7.Çark Etrafında Turpentin Akış Çizgileri

5 Şekil.8. Aseton 1 m/s hız için iso-surface Ayrıca çark için gereksinim duyulan tork ve güç ihtiyacı CFX-Post içerisinde hesaplanabilir. Çark için hesaplanan tork değeri 75.6 N.m dir. Çarkın dönme hız 8.8 rad/s idi. Bu durumda gerekli güç 75.6*8.8 = 665 W olarak hesaplanır. 4. Değerlendirmeler Mekanik bir mikser, belli sınır şartlar altında sonlu hacimler yöntemi ile çalışan ANSYS CFX yazılımı ile hızlı bir şekilde modellenmiş ve çözülmüştür. Sonuçlar kontur ve akış çizgileri ile görselleştirilmiştir. Ayırıcı plakaların akış üzerindeki etkileri yine akış çizgileri yardımı ile görüntülenmiştir.son olarak da çark için ihtiyaç duyulan tork ve güç miktarı hesaplanmıştır.

Benzer belgeler

ANOVA MÜHENDİSLİK LTD. ŞTİ.

ÇOK KADEMELİ POMPA PERFORMANSININ CFD YÖNTEMİYLE BELİRLENMESİ Ahmet AÇIKGÖZ Mustafa GELİŞLİ Emre ÖZTÜRK ANOVA MÜHENDİSLİK LTD. ŞTİ. KISA ÖZET Bu çalışmada dört kademeli bir pompanın performansı Hesaplamalı