عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی بیو راکتور غشایی سه فازی با کاربرد تصفیه پساب با استفاده از دیدگاه اولر-لاگرانژ
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1747.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75159
- تاریخ دفاع
- ۱۷ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- علی رحیم زاده
- استاد راهنما
- محمدرضا مهرنیا, زهرا منصور پور
- چکیده
- در پایان‌نامه حاضر بیوراکتور سه فازی دینامیکی با استفاده از روش ترکیبی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و روش المان¬های مجزا موردبررسی قرارگرفته است. در این روش فرض پیوسته بودن فاز جامد و حباب گازی در مدل‌هایی چون مدل دوفازی، بابیان گسسته رفتار ذرات جایگزین شده و ذرات به‌صورت کره‌های مجزا در نظر گرفته می شوند. حال‌آنکه جریان فاز سیال همچنان به‌صورت پیوسته حل می‌گردد. در این روش حرکت ذرات توسط قوانین نیوتنی قابل توصیف می¬باشند. نیروهای وارد بر ذرات از برهم‌کنش با فاز گاز و برهم‌کنش بین‌ذره‌ای پیروی می‌کنند. مزیت این نوع مدل‌سازی آن است که رفتار واقعی‌تری از برهم‌کنش ذره-ذره و ذره-دیواره را دارا می‌باشد.با این وجود به دلیل سبب حجم زیاد محاسبات معمولاً تنها برای مدل‌سازی در مقیاس آزمایشگاهی استفاده می‌شود. پس از مدل‌سازی هیدرودینامیک بستر به روش CFD-DEM مکش ذرات جامد داخل منطقه غشا موردبررسی قرار گرفته است. با توجه به اینکه مدل حاضر نوعی مدل جریان آشفته حاصل از حرکت ذرات حباب با سرعت بالا است، از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ در معادلات مومنتم استفاده شده است. با حل همزمان معادلات مومنتوم، پیوستگی کل و جزء می‌توان هیدرودینامیک و رفتار ذرات در بستر را در شرایط مختلف پیش‌بینی نمود. رفتار جریان فاز سیال و ذره؛ توزیع سرعت آن‌ها در بستر و روند تشکیل غشا دینامیکی شبیه‌سازی شد. با توجه به اینکهTMP یکی از پارامترهای اساسی ناحیه ی فیلتراسیون است، افزایش آن در ناحیه غشاء بیانگر تشکیل غشاء می‌باشد. رفتار تغییرات TMP در دو غلظت مختلف با MLLS برابر 6 و 14 بررسی شد. در نهایت مشاهده شد که با افزایش غلظت، TMP سیستم افزایش می‌یابد. همچنین در گوشه‌های پایینی بستر نیز تجمع ذرات جامد و ایجاد نواحی مرده مشاهده شد، و مشخص گردید برای غلبه بر این مشکل در بیوراکتور نیاز به تغییر در نحوه هوادهی و یا استفاده از همزن به‌منظور ایجاد اختلاط مناسب در بستر ضروری است.
- Abstract
- In current thesis, three-phase dynamic membrane bioreactor was investigated via hybrid computational fluid dynamic and discrete element method. In this approach, the assumption that considers solid particles and gas bubbles as a continuous phase, like in two-phase models, was substituted with considering particles as separate spheres revealing discrete behavior. That should be noted that fluid phase is still considered as the continuous phase. In this approach, particles motion obeys Newton’s rules. Forces upon particles are the results of their interaction with the fluid phase and particle-particle interactions. The advantage of such a model would be more realistic assumptions toward particle-particle and particle-wall interactions. However, regarding high computational cost, it is only used in two dimensional laboratory scale. After modeling of bed hydrodynamic with CFD-DEM method, solid particles suction within membrane was assessed. With respect to the point that the developed model is a sort of turbulent flow as a result of high velocity of bubbles, large eddy simulation model was applied in momentum equations. Subsequently, hydrodynamic and particles behavior of the bed in different conditions could be assessed via simultaneous solving of momentum equation along with continuity. Fluid and particle phase behavior, velocity distribution in the bed and the trend for formation of dynamic membrane was simulated. Finally, TMP variation behavior, which is a fundamental parameter of filtration zone and its increase is a sign of membrane formation, in two different concentrations of 6 and 14 MLLS was investigated. The results revealed that higher concentration increases system TMP. In addition, in lower corners of the bed, particles accumulation and dead zones were observed. It turned out that for optimum mixture in membrane bioreactor, there is a need for agitator and/or better aeration.
