دانلود پایان نامه

ت در سیال با دانسیته بالا،ناپایداری را تشدید میکند.جت سیال گسسته میشود و تشکیل سطح مخروطی را میدهد.ذرّات تولید شده عمدتاً سایز یکسان نداشته و شکل هندسی نامنظم دارند.کاربرد میدان باعث تولید ناپایداری شده و شکست قطرات را آسان تر میکند.در(شکل1-15) مکانیزم شکست در حالات مختلف نشان داده شدهاست. به دلیل هادی بودن جت، سیال خودش به عنوان HV عمل میکند.سیال در هنگام حرکت در روغن به سمت مرکز الکترود گراند میرود که گرادیان میدان در مرکز آن بسیار شدید است.نیروهای الکترواستاتیک در این قسمت عمود بر محور جت مذاب میباشند.همانطور که دیده میشود در حضور میدان الکتریکی قطرات در فضای وسیع تری پخش میشوند.نیروی الکترواستاتیک به محض خارج شدن جت از نازل اعمال می شود.در شروع این نیرو نسبتاً ضعیف بوده و در جهت محور طولی جت میباشد.هنگامی که جت به مرکز رینگ میرسد این نیرو تقویت شده و شروع به اعمال نیرو در جهت افقی میکند.در نتیجه این نیرو،یک گسستگی به جت تحمیل میشود که باعث تجزیه محیطی آن میشود در صورتی که در غیاب میدان این شکست در جهت طولی صورت می گرفت. به دلیل باردار بودن قطرات،نیروی دافعه بین آنها ایجاد میشود و همین امر از انعقاد مجدد قطرات جلوگیری مینماید (شکل1-16).همانطور که نشان داده شده،در غیاب میدان ( V=0) ،جت در فاصله مشخصی از سطح مشترک به ذرّات کوچکتر تجزیه میشود.با ایجاد میدان رشتههایی در صفحه افقی ایجاد میشوند که عامل آنها مولفه شعاعی نیروهای الکترواستاتیک میباشد.با افزایش ولتاژجت در فاصله کمتری گسسته میشود. میدان الکتریکی علاوه بر جت مذاب بر روی سیال اطراف نیز تاثیر میگذارد،بطوریکه در سطح مشترک روغن وهوا موج های ناپایدار شکل میگیرد .این ناپایداری واندرکنش بین سیال اطراف و جت مذاب باعث سریع تر شدن فرایند تجزیه میشود.در الکترواسپری خواص هیدرودینامیکی جت بسیار حایز اهمیت است.مثلا افزایش سرعت جت خروجی باعث کاهش عملکرد EHD میشود.جت خروجی در رژیم آرام قرار دارد و در این رژیم افزایش فشار باعث افزایش دبی جرمی شده و این عاملی است برای افزایش طول شکست.در حضور میدان فاصله نقطه شکست از نازل کم میشود.نتایج نشان دادند در سرعت و دبی کم اثر میدان بیشتر نمایان است. با افزایش ولتاژ،سایز ذرّات کوچک میشود(دمای روغن ثابت و K423 است).در این دما ذرّات به حالت کروی دیده شدهاند. با افزایش دمای روغن قطرات و رباطها میل به کروی شدن دارند ،به این دلیل که افزایش دما انجماد قطرات مذاب جدا شده را به تعویق میاندازد (شکل1-17).در برخورد اولیه جت مذاب با روغن قطرات پوستهای جامد شکل میگیرد. قطرات اتمیزه شده در روغن با دمای پایین مستعد انجماد در سطح خارجی خود میباشند و احتیاج به انرژی و مومنتوم بیشتر برای تجزیه و یا حفظ شکل کروی دارند.

شکل1-15 : اثر میدان الکتریکی بر فرایند اتمیزه شدن در مقایسه با رویکرد معمول- [9]

شکل1-16 : اثر میدان الکتریکی بر فرایند اتمیزه شدن در مقایسه با رویکرد معمول- [9]

با حضور میدان و ایجاد نیروهای دافعه بین ذرّات باردار اثر کلوخه شدن کاهش مییابد و قطرات در حین حرکت از میان روغن در محدوده وسیع تری پخش میشوند. در ولتاژهای بالا احتمال حضور قطرات کلوخه شده بسیار کم است.لذا میتوان نتیجه گرفت با اعمال میدان الکتریکی،قابلیت تولید در (اختلاف دمای پایین) افزایش مییابد و این به معنای ذرّات کلوخه شده با سایز کم میباشد.

شکل1-17 : اثر افزایش دما در غیاب میدان الکتریکی به ترتیب:323و373و423کلوین- [9]
از دیگر کاربردهای EHD میتوان به نقش آنها در تصفیه هوا اشاره کرد.امروزه ته نشین کنندههای الکترواستاتیک34 جهت پالایش هوا و زدودن ذرّات در مقیاس میکرو مورد توجه قرار گرفتهاند.افزودن میدان الکتریکی به فیلترهای معمول و یا یونیزاسیون جهت از بین بردن ذرّات گرد و غبار بر کارایی این وسایل افزوده است.قوانین و مقررات سخت اعمال شده بر نیروگاهها و کارخانهها مبنی بر کنترل میزان گرد وغبار تقاضا را افزایش داده است.اجزاء اصلی ذرّات صادر شده از نیروگاهها شامل AL2O3,SiO2,Fe2O3 هستند که 80 تا 90 درصد جرم کل را در بر میگیرند. از مواد غیر فرار میتوان به منیزیم،کلسیم،سدیم اشاره نمود.مواد سمی نظیر نیکل،سرب،کروم و… نیز در این ترکیبات یافت میشوند. میزان مواد غیر فرّار در ذرّات با قطر بزرگ تر از یک میکرومتر با قطر نسبت عکس دارند و میزان مواد سمی در ذرّات میکرو و کوچکتر بسیار زیاد است و نسبتی با قطر ذره ندارند . در خروجی(ESPs) ،قطر ذرّات بر دو گونه است.ذرّات کوچک (با قطر ترکیبی0.07 میکرومتر) که شامل اجزاء تبخیرشده و یا چگالیده هستند(مواد سمّی) و ذرّات بزرگ تر(با قطر ترکیبی0.4 میکرومتر) که شامل مواد معدنی نظیر AL2O3 میباشند.ذرّات بزرگ کروی شکل هستند و ذرّات کوچک اغلب شکل هندسی منظمی ندارند .ذرّات کوچک از جدایش ذرات بزرگ و خارج شدن گاز طی عملیات حرارتی ایجاد می شوند.در اثر سرد شدن این ذرّات چگالیده میشوند و ذرّاتی با قطر 0.1-1 میکرومتر را شکل میدهند.جهت زدودن این ذرّات ریز تصفیه کنندهای (ESPs)، از نیروی الکترواستاتیک جهت زدودن ذرّات بهره میبرند. انرژی الکتریکی در یونیزاسیون ،باردار کردن،انعقاد یا کلوخه شدن گاز استفاده میشود.کارایی سیستم تصفیه بدون توجه به نوع آن به شکل زیر تعریف میشود[10]:
1-6

mout,min به ترتیب جرم ذرّات ورودی و خروجی از دستگاه میباشند. ESPs، دارای یکسری الکترود های دشارژ (صفحه موازی و یا سیم که در راستای سیلندر کشیده شده) میباشد که بی
ن دو صفحه جمع کننده قرار دارند (شکل1-18).این الکترودهای دشارژ در پتانسیل منفی بالایی نگه داشته میشوند و با چسبیدن الکترونهای آزاد به مولکولهای گاز یون گازی شکل میگیرد.این مولکولها به ذرّات برخورد کرده و باعث شارژ شدن آنها میشوند. دو مکانیزم برای شارژ کردن ذرّات وجود دارد.
برای ذرّات با قطر بزرگ تر از 1 میکرو متر،شارژ میدان(یونها بدین وسیله و با نیروی الکترواستاتیک به سمت ذرّات حرکت میکنند) مکانیزم غالب است و برای ذرّات با قطر کوچک تر از 0.1 پخش یونی(مربوط میشود به انرژی جنبشی مولکولهای گاز که بدون توجه به میدان الکتریکی ذرّات را بمباران میکنند) غالب است.کلکتورهاتوسط نیروی مکانیکی و بصورت پریودیک تکانده میشوند تا ذرّات گرد و غبار را به ظرف تخلیه منتقل کنند.یکی از مشکلات این وسایل بازگشت مجدد ذرّات از کلکتورها به گاز میباشد.حدود سی درصد از ذرّات موجود در گاز خروجی را این ذرّات بازگشتی تشکیل میدهند .در قطرات کوچک به دلیل این که شارژ کردن آنها سخت است لذا بار اولیه لازم را کسب نمیکنند و این کمبود بار باعث موبیلیتی پایین و در نتیجه بازده کم میشود. کاراییESP را میتوان از فرمول زیر محاسبه نمود:
محدوده وسیعی از ذرّات با مقاومت الکتریکی 102تا 109 اهم متر تحت تاثیرمیدان الکتریکی قرار میگیرند.ذرّات با هدایت الکتریکی بالا(مقاومت الکتریکی کم تر از102 ) سریع شارژ شده و جمع میشوند.اما این ذرّات براحتی دشارژ میشوند(در لحظهای که بر روی الکترود گراند قرار دارند و القا الکتریکی میشوند)و در نهایت تحت نیروی الکترواستاتیک به سمت گاز جاری حرکت میکنند.ذرّات با هدایت الکتریکی پایین(مقاومت الکتریکی بالاتر از109 ) تشکیل مانعی را روی الکترود گراند میدهند که باعث تجمع بارهای الکتریکی میشوند و بارهای تجمع یافته نمیتوانند به سطح الکترود نفوذ کنند و در نتیجه اختلاف پتانسیل بین لایهها ایجاد می شود.این اختلاف تا آن جا افزایش مییابد که باعث تجزیه ذره میشود.یون های مثبت ناشی از تجزیه در فضای بین دو الکترود حرکت میکنند تا آن جا که به ذرّات با بار منفی بر خورد میکنند وبار آنها را کاهش میدهند.این بارها توسط دستگاه جذب نمیشوند و از طریق گاز خروجی وارد اتمسفر میشوند.در بدترین حالت ممکن،این یونها باعث باردار شدن مجدد ذرّات و نشست آنها بر روی الکترود دشارژ
میشوند و تمامی این وقایع از کارامدی سیستم میکاهد.از دیگر معایب افزایش ولتاژ ، جریان و در نتیجه افزایش انرژی مصرفی است.کنترل برگشت ذرات بسیار مشکل میباشد.یکی از روشها افزایش هدایت الکتریکی ذره با افزودن عوامل شیمیایی است. نتایج نشان داده اند فاصله زیاد بین دو الکترود این امکان را میدهد تا ولتاژ اعمالی زیاد شود و در نتیجه میدان الکتریکی قوی تری بر روی الکترودهای جمع کننده ایجاد شود.جهت از بین بردن مشکلات موجود در ذرّات غیر هادی پروسه شارژ و جمع آوری در دو مرحله
میباشد که اصطلاحا به این وسایل دو مرحله ای35 می گویند. در نزدیکی الکترودها،ذرّات به دلیل نوسان الکتریکی ته نشین
میشوند.راندمان سیستم با افزایش فرکانس کاهش مییابد .عیب سیستم دو مرحلهای در این است که چسبندگی ذزات به الکترودها کم تر است و باعث بازگشت آنها میشود.با افزودن مواد فعال در سطح36 کشش سطحی کم شده و ذرّات به الکترودها (مخصوصا ذرّات بزرگ)می چسبند.

این مطلب مشابه را هم بخوانید :   منبع پایان نامه ارشد با موضوعتحلیل اطلاعات

شکل1-18 : شماتیک تصفیه کننده ها:صفحه تخت موازی ولولهای شکل- [10]
امروزه EHD در غیاب نیروی گرانش ، جایگزین نیروی بویانسی جهت راندن حباب ها شده و نقش مهمی را در صنایع هوا فضا ایفا
مینماید[11].در بررسی اثر میدان الکتریکی در شرایط گرانشی ناچیز بر روی حباب ابتدا حباب از طریق اریفیس به میدان تزریق
میشود. در (شکل1-19) رفتار حباب بدون در نظر گرفتن میدان الکتریکی و در شرایط میکروگرانش نشان داده شدهاست.ناپایداری بر روی سطح مشترک گاز و سیال در حالت تماسی دیده میشود.حباب در این حالت به سایز جدایش میرسد اما هنوز اتصال آن با الکترود قطع نمی شود.چنین رفتاری در شرایط جوشش نیز دیده میشود.در غیاب نیروی بویانسی و شتاب عمودی حباب بدون حرکت باقی می ماند.شکل کلی حباب بدون تغییر مانده در حالی که ناپایداری های سطحی محلی باعث تغییر شکل سطح میشوند. قسمت پایین حباب در تماس با الکترود باقی میماند. تنوع رفتاری در شرایط گرانش پایین در غیاب میدان برای حباب دیده میشود.یکی از پارامترهایی که میتوان به کمک آن رفتار حباب را تا حدودی پیش بینی نمود،عدد وبر میباشد.در اعداد وبر کمتر از 6 جدایش حباب دیده نمیشود و برای وبر بزرگ تر از 10 حباب رفتار منظمی را در جدایش نشان میدهد. در غیاب میدان الکتریکی شکل حباب تقریبا کروی است و اگر نسبت انسداد را افزایش در راستای میدان به افزایش عرضی در نظر بگیریم این نسبت (1:1)است.با افزایش اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود طول حباب در جهت میدان افزایش مییابد.همچنین زاویه تماسی در لحظه جدایش تغییر میکند.با افزایش میدان الکتریکی نسبت طول به عرض افزایش مییابد در حالی که از حجم حباب کاسته میگردد . بعد از جدایش حباب از روی سطح پدیده انعقاد حباب صورت میگیرد.در شرایط گر‌انشی معمولی، میدان الکتریکی غیر یکنواخت میتواند شکل حباب، مسیر صعود و رفتار آن را در هنگام جدایش تغیر دهد.

شکل1-19 : رفتار حباب در شرایط گرانش ناچیز در میدان الکتریکی یکنواخت- [11]
امروزه جهت نگه داشتن ابزار الکتریکی در دمای کارکرد قابل قبول از روشهای خنک سازی متنوعی بهره میبرند. عمر و ق
ابلیت کارکرد این وسایل را میتوان با استفاده ازHV و کنترل دما افزایش داد.تحت یک میدان قوی هوا تا اندازهای شکسته و یونیزه میشود کرنا را باعث میشوند. دراین پدیده با یونیزه شدن مولکولهای هوا و حرکت الکترونها در جهت میدان و برخورد آنها با مولکولهای خنثی و در نتیجه یونیزاسیون بیشتر همراه است. یونها از الکترونها سنگین ترهستند و در نتیجه شتاب گرفته و مولکولهای هوا را میکشند این پدیده (باد کرنا) باعث افزایش نرخ انتقال حرارت جابجایی میشود.اگر کانالی را با الکترودهای استوانهای در نظر بگیرید بطوریکه کانال از پایین تحت شار حرارتی قرار گیرد.میتوان چیدمانهای متفاوتی را برای سیمها در نظر گرفت[12].در تمامی حالات سطح پایین و تیغه ها به عنوان گراند و سیم الکترود مثبت در نظر گرفته میشود. ولتاژ اعمالی به سیمها باعث ایجاد جریان ثانویه میشود و رفتار جریان اصلی را در پشت تیغهها تغییر داده و باعث افزایش نرخ انتقال حرارت میشود.

شکل1-20 :اثر EHD در


پاسخی بگذارید