عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی CFD اختلاط مکانیکی بر پایه نصب میکسر استاتیکی در هاضم بی هوازی
- رشته تحصیلی
- مهندسی انرژیهای جدید پذیر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73411;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73411
- تاریخ دفاع
- ۱۰ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- پوریا ثروتی
- استاد راهنما
- وحید اصفهانیان, احمد حاجی نژاد
- چکیده
- صنعت تصفیه فاضلاب باعث استفاده گسترده از هضم بی هوازی برای ایجاد ثبات لجن و تولید بیوگاز شده است. یکی از مهمترین عواملی که در تولید بیوگاز تاثیر دارد اختلاط هاضم است. در حال حاضر سطوح مختلف اختلاط و اثرات آن بر روی تولید بیوگاز به خوبی مشخص نیست. در این تحقیق، شبیه سازی اختلاط مکانیکی در هاضم بی هوازی مقیاس آزمایشگاهی ای که برای اولین بار از پوزیترون ردیابی ذرات انتشار (PEPT) برای تجسم الگوهای جریان در هاضم در سرعت های مختلف استفاده کرده بود، به منظور بررسی الگوهای جریان، ثبات هاضم، جوامع میکروبیولوژیکی و تولید گاز انجام گرفت. مدل دینامیک سیالات محاسباتی هاضم به وسیله نرم افزار ANSYS FLUENT به منظور شناسایی ویژگی های اغتشاش شبیه سازی شده و مورد استفاده قرار گرفت. در این مدل، اختلاط هاضم در 3 سرعت مختلف بر روند تولید بیوگاز مورد بررسی قرار گرفت. 3 تراکم مش به منظور بررسی استقلال جواب ها از تراکم مش مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین به بررسی کانتورهای سرعت، انرژی جنبشی اغتشاش، شدت اغتشاش و گرادیان سرعت در امتداد 3 خط در داخل هاضم پرداخته شد. در این شبیه سازی مشخص گردید که افزایش سرعت اختلاط منجر به سطوح بالاتر اغتشاش می-شود و در این هاضم، افزایش سرعت اختلاط، ثبات فرآیند تولید متان را کاهش می دهد و بر همین اساس یک اثر مضر بر تولید بیوگاز است. به همین ترتیب، فراوانی جوامع متانوژنیک توسط افزایش غلظت اسدهای چرب فرار (VFA) در زمان افزایش سرعت اختلاط تحت تاثیر قرار گرفت. با این حال در هاضم های بدون اختلاط به دلیل شکل گیری جبهه هایی در محیط هایی در هاضم که منجر به هضم کنترل نشده می شود، بیوگاز کمتری از هاضم با سرعت پایین اختلاط تولید می کند. بدین ترتیب در مورد این هاضم شبیه سازی شده، حداقل اختلاط نشان دهنده سناریو ایده آل است. با توجه به گرادیان سرعت در هاضم که به عنوان یک جانشین برای اغتشاش در نظر گرفته می شود، با محدوده بین S-1 8-6 مشخص می گردد. افزایش سرعت اختلاط تا زمانی که گرادیان سرعت به این مقدار نزدیک باشد، باعث افزایش تولید بیوگاز شده اما افزایش سرعت اختلاط در بالای این محدوده برای ثبات هاضم و هم برای تولید بیوگاز زیان آور است. در نهایت با توجه به مقدار گاز خروجی از هاضم بی هوازی و در نظر گرفتن سناریوهای مختلف تولید برق، 3 واحد مختلف تولید همزمان برق و حرارت از نظر اقتصادی مورد بهینه سازی قرار گرفت و بهترین آن انتخاب گردید.
- Abstract
- Wastewater treatment industry makes extensive use of anaerobic digestion and biogas production is to stabilize the sludge. One of the most important factors that affect the production of biogas digester is mixed. We have different levels of mixing and effects on biogas production is not well known. In this study, simulate mechanical mixing in anaerobic digesters scale Zmayshgahy¬Ay the first positron emission particle tracking (PEPT) to visualize the flow patterns in the digester was used at different speeds, in order to study flow patterns, digester stability, microbiological societies and gas production was performed. ANSYS FLUENT computational fluid dynamics model digested by software to identify the characteristics and turbulence simulation was used. In this model, mixing in three different speeds on the production of biogas digesters were studied. 3 mesh density to determine the mesh density was evaluated Jvab¬Ha independence. It also examines the contours speed, kinetic energy of turbulence, turbulence intensity and velocity gradient along 3 lines were within the digester. The simulation showed that increasing the speed of mixing leads to higher levels of disturbance occurs in the digester, mixing speed, stability reduces methane production process and thus has a detrimental effect on biogas production. Similarly, the frequency of methanogenic communities by increasing the concentration of volatile fatty Asdhay (VFA) at a time of increasing agitation speed was impressed. However, due to the formation Jbhh¬Hayy in Mhyt¬Hayy Hazm¬Hay without mixing in the digester that turns lead to uncontrolled digestion, biogas digester with low speed mixing to produce fewer stems. In the case of the simulated digestion, the ideal scenario is broadly indicated at least mixing. According to the velocity gradient in the digester, which is considered as a substitute for chaos, with the range between S-1 8-6 characterized in throughput. Given the amount of exhaust gas from anaerobic digesters eventually consider different scenarios for electricity generation, combined heat and power 3 different units of economic production optimization was the best that was selected. Keywords: Wastewater, CFD, digester, mixing, blade
