شبیه سازی جریان گاز اطراف اسکوپ در یک روتور سانتریفیوژ با مدل دوبعدی (r-θ) با استفاده از روش مستقیم مونت کارلو

یکی از عوامل محرک برای ایجاد جریان محوری درون روتور سانتریفیوژ به منظور افزایش عملکرد جداسازی، اسکوپ است. با توجه به قرار گرفتن اسکوپ در معرض جریان گاز با ماخ بالا، جریان دچار شوک شده و گرادیان های شدیدی در جریان اتفاق خواهد افتاد. در این پژوهش جریان گاز در اطراف اسکوپ در حالت دوبعدی (r-θ) به روش شبیه­سازی مستقیم مونت کارلو (DSMC) با استفاده از حل­گر dsmcFoam در فواصل مختلف اسکوپ از دیواره شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش فاصله اسکوپ از دیواره روتور و کاهش زاویه برخورد جریان گاز با اسکوپ، سبب کاهش بیشینه دما و نیروی درگ می شود. به عنوان نمونه برای روتوری با شعاع ۱۰۰ میلی­متر که جریان کنار دیواره آن به ماخ ۵/۶ می­رسد افزایش فاصله اسکوپ از دیواره به میزان ۳۱ درصد (از ۸ به ۵/۱۰ میلی متر) به ازای فشار دیواره ۳۸۰۰ پاسکال در زاویه برخورد ۸۵ درجه، سبب کاهش بیشینه دما به میزان ۳/۱ درصد (از ۵۹۶ به ۵۸۸ کلوین) و کاهش نیروی درگ به میزان ۴/۴۹ درصد (۲۴۱۲ به ۱۲۲۱ دین) می شود. کاهش زاویه برخورد گاز با اسکوپ به میزان ۸/۱۱ درصد (از ۸۵ درجه به ۷۵ درجه) به ازای فشار دیواره ۳۸۰۰ پاسکال در فاصله اسکوپ از دیواره برابر با ۵/۱۰ میلی متر سبب کاهش بیشینه دما به میزان ۸/۶ درصد (از ۵۸۸ به ۵۴۸ کلوین) و کاهش نیروی درگ به میزان ۳/۵۰ درصد (۱۵۵۲ به ۷۷۱ دین) می شود.

Keywords:

روتور سانتریفیوژ , اسکوپ , شبیه سازی , روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو , حل گر