การจำลองสามมิติของอุทกพลศาสตร์ในท่อไรเซอร์ของเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียน
จาก ChulaPedia
การจำลองสามมิติของอุทกพลศาสตร์ในท่อไรเซอร์ของเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียน
THREE-DIMENSIONAL SIMULATION OF HYDRODYNAMICS INRISER OF CIRCULATING FLUIDIZED BED REACTOR
นายยงยุทธ ประจงการ: นิสิตปริญญาโท ประจำหลักสูตรเทคโนโลยีเชื้อเพลิง ภาควิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย อาจารย์ ดร.เบญจพล เฉลิมสินสุวรรณ : อาจารย์ประจำภาควิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย รองศาสตราจารย์ ดร.พรพจน์ เปี่ยมสมบูรณ์ : อาจารย์ประจำภาควิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
บทคัดย่อ
เครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียนได้นำไปใช้ในกระบวนการต่างๆ อย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีข้อดีกว่าเครื่องปฏิกรณ์ชนิดอื่น ความซับซ้อนทางด้านอุทกพลศาสตร์ของเครื่องปฏิกรณ์ถือเป็นปัญหาสำคัญที่ได้รับความสนใจจึงมีการใช้วิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณเข้ามาช่วยในการอธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นภายในเครื่องปฏิกรณ์ ในงานวิจัยนี้ได้ทำการเลือกการจำลองในระบบสามมิติเพื่อศึกษาผลของตัวแปรต่างๆ ที่มีต่ออุทกพลศาสตร์ที่เกิดขึ้น และเปรียบเทียบกับผลการจำลองของเครื่องปฏิกรณ์ในระบบสองมิติกับข้อมูลการทดลองจากงานวิจัยที่ผ่านมา ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่ารูปแบบการป้อนเข้าของทางเข้าขนาดทางออกของท่อไรเซอร์แบบจำลองแรงต้านการเคลื่อนที่ระหว่างวัฏภาคอุณหภูมิแกรนูลาร์ขาเข้าความหนาแน่นของอนุภาคของแข็ง ความเร็วแก๊สขาเข้า และ ปริมาณฟลักซ์ของแข็ง เป็นตัวแปรที่ส่งผลต่ออุทกพลศาสตร์ภายในระบบอย่างชัดเจน ส่วน ค่า Specularity coefficient ค่า Restitution coefficient แบบจำลองความหนืด และความหนืดเสียดทาน เป็นตัวแปรที่ส่งผลต่อระบบเพียงเล็กน้อย แต่มีความจำเป็นเพื่อปรับค่าให้ผลการจำลองมีความถูกต้อง ส่วน สัดส่วนปริมาตรของแข็งสูงสุดในระบบ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคของแข็ง อุณหภูมิกระบวนการ และความดันบริเวณทางออกของท่อไรเซอร์ เป็นตัวแปรที่ไม่ส่งผลต่อระบบเท่าใดนัก โดยเมื่อเปรียบเทียบระหว่างการจำลองในระบบสามมิติและระบบสองมิติได้ข้อสรุปว่า ถ้าระบบเครื่องปฏิกรณ์มีการป้อนเข้าแบบสมมาตร ผลการจำลองในระบบสองมิติดีเพียงพอต่อการอธิบายอุทกพลศาสตร์ภายในระบบ แต่ถ้าระบบเครื่องปฏิกรณ์มีการป้อนเข้าแบบไม่สมมาตร การจำลองในระบบสามมิติจะเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า
คำสำคัญ: ฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียน อุทกพลศาสตร์ วิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ การจำลองในระบบสามมิติ อุณหภูมิแกรนูลาร์
Abstract
Gas-solid circulating fluidized bed reactors are applied in many industrial operations due to the advantages over other reactors. However, the complexity of hydrodynamics is the major challenge to improve and understandthese systems. Computational fluid dynamics has been conducted to explain the complex hydrodynamics for this system. This research was conducted in three-dimensional domain to investigate the effect of parameters on the hydrodynamics and was compared the results with experimental data and previous two-dimensional domain simulation results. The simulation results showed that the effects of different gas inlet condition, gas outlet configuration, drag model, inlet granular temperature, particle density, gas inlet velocity, and solid mass flux inlet had significantly affected on the hydrodynamics in this system. The effects of specularity coefficient, restitution coefficient, frictional viscosity and viscous model had some effect. However, these parameters were necessary for adjusting the correctness of simulation results. The packing limit value, particle diameter, process temperature and pressure outlet had seemingly no affected on the hydrodynamics. In addition, when comparing between three-dimensional and two-dimensional domain, it can be concluded that if the reactor has symmetrical inlets, simulations with two-dimensional domain is adequate to explain the hydrodynamics. However, if the reactor has asymmetrical inlets, simulations with three-dimensional domain will be a better solution.
Keywords: Circulating fluidized bed, Hydrodynamics, Computational fluid dynamics, Three-dimensional domain simulation, Granular temperature
