مطالعه عددی تأثیر ترکیب روش‌های کنترل جریان غیر فعال به منظور بهبود عملکرد سیکلون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی مکانیک

2 هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس- گروه هوافضا

10.24200/j40.2026.67233.1740

چکیده

در این پژوهش، بهبود عملکرد یک سیکلون گازی با استفاده از تغییرات مرحله‌به‌مرحله در طراحی هندسی آن بررسی شد. سیکلون استیرمند به‌عنوان مدل پایه انتخاب و عملکرد نامی آن با حل عددی ارزیابی شد. مدل آشفتگی RSM و روش اویلرین-لاگرانژین در یک شبکه‌ سازمان‌یافته استفاده شد. اعتبارسنجی حل عددی با خطای کمتر از 10% انجام شد. تغییرات طراحی در چهار بخش ورودی، گردابه‌یاب، بدنه و بخش جمع‌آوری‌کننده اعمال شد. ورودی مارپیچی 360 درجه، با هدایت بهتر جریان و افزایش برخورد ذرات با دیواره، راندمان جداسازی را 52/11% افزایش داده و قطر برش را 14/12% کاهش داد، هرچند افت فشار 04/22% افزایش یافت. افزودن گردابه‌یاب انحنادار، کاهش 49/7% افت فشار را در پی داشت. اضافه کردن میله استوانه‌ای تثبیت‌کننده گردابه، با کاهش نوسانات جریان، راندمان جداسازی را تا 15/1% نسبت به مرحله قبل افزایش داد. نهایتاً، بکارگیری مخروط معکوس در بخش جمع‌آوری‌ ذرات، منجر به بهبود جداسازی ذرات ریز و کاهش قطر برش به 3/1 میکرومتر گردید. نتایج این پژوهش می تواند بعنوان بستر مناسبی جهت اجرای بهینه سازی باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical study of the effect of combining passive flow control methods to improve cyclone performance

نویسندگان [English]

  • Arman Moghadaszadeh 1
  • Saeed Karimian Aliabadi 2
1 Tarbiat Modares university, Mechanical faculty
2 faculty of mechanical engineering in Tarbiat Modares university
چکیده [English]

Cyclones play a crucial role in particle separation from fluid streams due to their high efficiency and low cost. In this study, the performance enhancement of a gas cyclone was investigated through step-by-step geometric modifications. These changes were aimed at improving flow guidance, reducing turbulence fluctuations and increasing particle-wall interactions to improve overall cyclone performance a concept referred to in this study as flow control. Initially, the Stairmand cyclone was selected as the baseline model, and its performance was analyzed using numerical simulations with the Reynolds Stress Model (RSM) turbulence model and the Eulerian-Lagrangian approach in ANSYS Fluent software. The mesh generation was structured and adhered to quality criteria to ensure accurate results. The numerical model was validated against published experimental data, demonstrating good agreement with less than 10% error. Geometric modifications were applied to four main sections of the cyclone: the inlet, vortex finder, body, and collection section. The results showed that the 360-degree helical inlet design, by better guiding the flow and increasing particle-wall collisions, enhanced the separation efficiency by 11.52% and reduced the cut-off diameter by 12.14%, though it caused a 22.04% increase in pressure drop. The addition of a curved vortex finder reduced the pressure drop by 7.49% compared to the first modification and had a positive overall effect. Introducing a cylindrical vortex stabilizing rod in the cyclone body reduced flow oscillations and further improved separation efficiency by 1.15% compared to the previous stage. Finally, the implementation of a reverse cone in the collection section enhanced fine particle separation, reducing the cut-off diameter to 1.3 micrometers. In the current work, not only the performance indices have been evaluated, but also the physics of the flow have been tried to be captured. These findings provide a foundation for further cyclone optimizations and highlight the potential for improving their performance in industrial applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cyclone
  • Numerical simulation
  • passive Flow control
  • Separation efficiency
  • Pressure drop