هیدروفیزیک

هیدروفیزیک

بررسی اثر اصلاحات هندسی هیدروسیکلون بر عملکرد جداسازی ذرات با استفاده از شبیه‌سازی CFD–DPM

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران.
2 گروه مهندسی انرژی، دانشکده نفت و گاز گچساران، دانشگاه یاسوج، گچساران، ایران.
3 گروه مهندسی مکانیک، واحد یاسوج، دانشگاه آزاد اسلامی، یاسوج، ایران.
چکیده
در این مقاله، عملکرد یک هیدروسیکلون با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی و مدل فازگسسته برای پیش‌بینی مسیر و سرنوشت ذرات جامد بررسی شده است. سیال کاری شامل آب مخلوط با پودر فرومغناطیس با چگالی مؤثر 2850 kg/m³ بوده و ذرات جامد شامل مس با چگالی 4000 kg/m³ و سنگ با چگالی 1800 kg/m³ و قطر 25 میلی‌متر در هیدروسیکلون تزریق شده‌ است. نتایج مدل پایه نشان داد که تمام ذرات مس مطابق پیش‌بینی از خروجی پایینی دفع می‌شوند، اما بخشی از ذرات سنگ به‌دلیل چگالی کمتر از سیال تحتانی، در ناحیه جریان گیر افتاده و مقدار قابل توجهی از آنها از خروجی بالایی خارج می‌گردند که امری نامطلوب در فرآیند جداسازی است. به‌منظور بهبود عملکرد، اصلاحات هندسی شامل افزایش طول لوله خروجی بالایی، مستطیلی‌سازی مقطع ورودی در عین ثابت نگه داشتن قطر هیدرولیکی، و افزایش طول بخش مخروطی اعمال شده است. نتایج پس از اصلاح هندسه با تزریق تعداد بیشتر ذرات (1398 مس و به همین میزان سنگ) نشان داد که جداسازی ذرات سنگ به‌طور محسوسی بهبود یافته است؛ تعداد ذرات خروجی از دهانه بالایی حدود 3 درصد کاهش یافت و سهم ذرات سنگی که از خروجی پایینی دفع شدند حدود 40–50 درصد نسبت به حالت پایه افزایش پیدا کرد. این نتایج نشان می‌دهد که افزایش طول خروجی بالایی و بهینه‌سازی هندسه ورودی و مخروطی می‌تواند موجب تقویت میدان گردابه‌ای و افزایش نرخ غرق‌شدگی ذرات کم‌چگال‌تر گردد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigate the Hydrocyclone Geometric Modifications Effect on Particle Separation Performance Using CFD–DPM Simulation

نویسندگان English

Niloufar Yousefizoj 1
Sadegh Nikbakht Naserabad 2
Heidar Hashemi 3
1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering and Technology, Yasuj University, Yasuj, Iran.
2 Energy Engineering Department, Faculty of Gas & Petroleum, Yasouj University, Gachsaran, Iran.
3 Department of Mechanical Engineering, Yas.c., Islamic Azad University, Yasuj, Iran
چکیده English

In this paper, the performance of a hydrocyclone is investigated using Computational Fluid Dynamics coupled with the Discrete Phase Model to predict the trajectories and fate of solid particles. The working fluid is water mixed with ferromagnetic powder, giving an effective density of 2850 kg/m³. Solid particles injected into the hydrocyclone include copper (density 4000 kg/m³) and rock (density 1800 kg/m³), both with a diameter of 25 mm. The results showed that all copper particles were discharged from the underflow as predicted. However, a considerable fraction of rock particles, due to their lower density relative to the fluid, were trapped within the flow field and released through the upper outlet (vortex finder), which is undesirable for the separation process. To improve performance, several geometric modifications were applied: extending the vortex finder (upper outlet pipe), converting the inlet cross-section to a rectangular shape while keeping the hydraulic diameter constant, and increasing the length of the conical section. After geometry refinement, simulations were performed by injecting a larger number of particles (1398 copper and the same amount of rock). The results indicated significant improvement: rock particles discharged through the upper outlet decreased by about 3%, and those leaving through the underflow increased by approximately 40–50% compared to the original design. These findings demonstrate that increasing the vortex finder length and optimizing inlet and cone geometry enhance the swirling field and improve the settling rate of lighter particles.

کلیدواژه‌ها English

Separation
hydrocyclone
geometry
CFD
DPM
ferromagnetic powder

  • تاریخ دریافت 10 بهمن 1404
  • تاریخ بازنگری 16 فروردین 1405
  • تاریخ پذیرش 23 فروردین 1405