دانلود پایان نامه

ت در سيال با دانسيته بالا،ناپايداري را تشديد ميکند.جت سيال گسسته ميشود و تشکيل سطح مخروطي را ميدهد.ذرّات توليد شده عمدتاً سايز يکسان نداشته و شکل هندسي نامنظم دارند.کاربرد ميدان باعث توليد ناپايداري شده و شکست قطرات را آسان تر ميکند.در(شکل1-15) مکانيزم شکست در حالات مختلف نشان داده شدهاست. به دليل هادي بودن جت، سيال خودش به عنوان HV عمل ميکند.سيال در هنگام حرکت در روغن به سمت مرکز الکترود گراند ميرود که گراديان ميدان در مرکز آن بسيار شديد است.نيروهاي الکترواستاتيک در اين قسمت عمود بر محور جت مذاب ميباشند.همانطور که ديده ميشود در حضور ميدان الکتريکي قطرات در فضاي وسيع تري پخش ميشوند.نيروي الکترواستاتيک به محض خارج شدن جت از نازل اعمال مي شود.در شروع اين نيرو نسبتاً ضعيف بوده و در جهت محور طولي جت ميباشد.هنگامي که جت به مرکز رينگ ميرسد اين نيرو تقويت شده و شروع به اعمال نيرو در جهت افقي ميکند.در نتيجه اين نيرو،يک گسستگي به جت تحميل ميشود که باعث تجزيه محيطي آن ميشود در صورتي که در غياب ميدان اين شکست در جهت طولي صورت مي گرفت. به دليل باردار بودن قطرات،نيروي دافعه بين آنها ايجاد ميشود و همين امر از انعقاد مجدد قطرات جلوگيري مينمايد (شکل1-16).همانطور که نشان داده شده،در غياب ميدان ( V=0) ،جت در فاصله مشخصي از سطح مشترک به ذرّات کوچکتر تجزيه ميشود.با ايجاد ميدان رشتههايي در صفحه افقي ايجاد ميشوند که عامل آنها مولفه شعاعي نيروهاي الکترواستاتيک ميباشد.با افزايش ولتاژجت در فاصله کمتري گسسته ميشود. ميدان الکتريکي علاوه بر جت مذاب بر روي سيال اطراف نيز تاثير ميگذارد،بطوريکه در سطح مشترک روغن وهوا موج هاي ناپايدار شکل ميگيرد .اين ناپايداري واندرکنش بين سيال اطراف و جت مذاب باعث سريع تر شدن فرايند تجزيه ميشود.در الکترواسپري خواص هيدروديناميکي جت بسيار حايز اهميت است.مثلا افزايش سرعت جت خروجي باعث کاهش عملکرد EHD ميشود.جت خروجي در رژيم آرام قرار دارد و در اين رژيم افزايش فشار باعث افزايش دبي جرمي شده و اين عاملي است براي افزايش طول شکست.در حضور ميدان فاصله نقطه شکست از نازل کم ميشود.نتايج نشان دادند در سرعت و دبي کم اثر ميدان بيشتر نمايان است. با افزايش ولتاژ،سايز ذرّات کوچک ميشود(دماي روغن ثابت و K423 است).در اين دما ذرّات به حالت کروي ديده شدهاند. با افزايش دماي روغن قطرات و رباطها ميل به کروي شدن دارند ،به اين دليل که افزايش دما انجماد قطرات مذاب جدا شده را به تعويق مياندازد (شکل1-17).در برخورد اوليه جت مذاب با روغن قطرات پوستهاي جامد شکل ميگيرد. قطرات اتميزه شده در روغن با دماي پايين مستعد انجماد در سطح خارجي خود ميباشند و احتياج به انرژي و مومنتوم بيشتر براي تجزيه و يا حفظ شکل کروي دارند.

شکل1-15 : اثر ميدان الکتريکي بر فرايند اتميزه شدن در مقايسه با رويکرد معمول- [9]

شکل1-16 : اثر ميدان الکتريکي بر فرايند اتميزه شدن در مقايسه با رويکرد معمول- [9]

با حضور ميدان و ايجاد نيروهاي دافعه بين ذرّات باردار اثر کلوخه شدن کاهش مييابد و قطرات در حين حرکت از ميان روغن در محدوده وسيع تري پخش ميشوند. در ولتاژهاي بالا احتمال حضور قطرات کلوخه شده بسيار کم است.لذا ميتوان نتيجه گرفت با اعمال ميدان الکتريکي،قابليت توليد در (اختلاف دماي پايين) افزايش مييابد و اين به معناي ذرّات کلوخه شده با سايز کم ميباشد.

شکل1-17 : اثر افزايش دما در غياب ميدان الکتريکي به ترتيب:323و373و423کلوين- [9]
از ديگر کاربردهاي EHD ميتوان به نقش آنها در تصفيه هوا اشاره کرد.امروزه ته نشين کنندههاي الکترواستاتيک34 جهت پالايش هوا و زدودن ذرّات در مقياس ميکرو مورد توجه قرار گرفتهاند.افزودن ميدان الکتريکي به فيلترهاي معمول و يا يونيزاسيون جهت از بين بردن ذرّات گرد و غبار بر کارايي اين وسايل افزوده است.قوانين و مقررات سخت اعمال شده بر نيروگاهها و کارخانهها مبني بر کنترل ميزان گرد وغبار تقاضا را افزايش داده است.اجزاء اصلي ذرّات صادر شده از نيروگاهها شامل AL2O3,SiO2,Fe2O3 هستند که 80 تا 90 درصد جرم کل را در بر ميگيرند. از مواد غير فرار ميتوان به منيزيم،کلسيم،سديم اشاره نمود.مواد سمي نظير نيکل،سرب،کروم و… نيز در اين ترکيبات يافت ميشوند. ميزان مواد غير فرّار در ذرّات با قطر بزرگ تر از يک ميکرومتر با قطر نسبت عکس دارند و ميزان مواد سمي در ذرّات ميکرو و کوچکتر بسيار زياد است و نسبتي با قطر ذره ندارند . در خروجي(ESPs) ،قطر ذرّات بر دو گونه است.ذرّات کوچک (با قطر ترکيبي0.07 ميکرومتر) که شامل اجزاء تبخيرشده و يا چگاليده هستند(مواد سمّي) و ذرّات بزرگ تر(با قطر ترکيبي0.4 ميکرومتر) که شامل مواد معدني نظير AL2O3 ميباشند.ذرّات بزرگ کروي شکل هستند و ذرّات کوچک اغلب شکل هندسي منظمي ندارند .ذرّات کوچک از جدايش ذرات بزرگ و خارج شدن گاز طي عمليات حرارتي ايجاد مي شوند.در اثر سرد شدن اين ذرّات چگاليده ميشوند و ذرّاتي با قطر 0.1-1 ميکرومتر را شکل ميدهند.جهت زدودن اين ذرّات ريز تصفيه کنندهاي (ESPs)، از نيروي الکترواستاتيک جهت زدودن ذرّات بهره ميبرند. انرژي الکتريکي در يونيزاسيون ،باردار کردن،انعقاد يا کلوخه شدن گاز استفاده ميشود.کارايي سيستم تصفيه بدون توجه به نوع آن به شکل زير تعريف ميشود[10]:
1-6

mout,min به ترتيب جرم ذرّات ورودي و خروجي از دستگاه ميباشند. ESPs، داراي يکسري الکترود هاي دشارژ (صفحه موازي و يا سيم که در راستاي سيلندر کشيده شده) ميباشد که بي
ن دو صفحه جمع کننده قرار دارند (شکل1-18).اين الکترودهاي دشارژ در پتانسيل منفي بالايي نگه داشته ميشوند و با چسبيدن الکترونهاي آزاد به مولکولهاي گاز يون گازي شکل ميگيرد.اين مولکولها به ذرّات برخورد کرده و باعث شارژ شدن آنها ميشوند. دو مکانيزم براي شارژ کردن ذرّات وجود دارد.
براي ذرّات با قطر بزرگ تر از 1 ميکرو متر،شارژ ميدان(يونها بدين وسيله و با نيروي الکترواستاتيک به سمت ذرّات حرکت ميکنند) مکانيزم غالب است و براي ذرّات با قطر کوچک تر از 0.1 پخش يوني(مربوط ميشود به انرژي جنبشي مولکولهاي گاز که بدون توجه به ميدان الکتريکي ذرّات را بمباران ميکنند) غالب است.کلکتورهاتوسط نيروي مکانيکي و بصورت پريوديک تکانده ميشوند تا ذرّات گرد و غبار را به ظرف تخليه منتقل کنند.يکي از مشکلات اين وسايل بازگشت مجدد ذرّات از کلکتورها به گاز ميباشد.حدود سي درصد از ذرّات موجود در گاز خروجي را اين ذرّات بازگشتي تشکيل ميدهند .در قطرات کوچک به دليل اين که شارژ کردن آنها سخت است لذا بار اوليه لازم را کسب نميکنند و اين کمبود بار باعث موبيليتي پايين و در نتيجه بازده کم ميشود. کاراييESP را ميتوان از فرمول زير محاسبه نمود:
محدوده وسيعي از ذرّات با مقاومت الکتريکي 102تا 109 اهم متر تحت تاثيرميدان الکتريکي قرار ميگيرند.ذرّات با هدايت الکتريکي بالا(مقاومت الکتريکي کم تر از102 ) سريع شارژ شده و جمع ميشوند.اما اين ذرّات براحتي دشارژ ميشوند(در لحظهاي که بر روي الکترود گراند قرار دارند و القا الکتريکي ميشوند)و در نهايت تحت نيروي الکترواستاتيک به سمت گاز جاري حرکت ميکنند.ذرّات با هدايت الکتريکي پايين(مقاومت الکتريکي بالاتر از109 ) تشکيل مانعي را روي الکترود گراند ميدهند که باعث تجمع بارهاي الکتريکي ميشوند و بارهاي تجمع يافته نميتوانند به سطح الکترود نفوذ کنند و در نتيجه اختلاف پتانسيل بين لايهها ايجاد مي شود.اين اختلاف تا آن جا افزايش مييابد که باعث تجزيه ذره ميشود.يون هاي مثبت ناشي از تجزيه در فضاي بين دو الکترود حرکت ميکنند تا آن جا که به ذرّات با بار منفي بر خورد ميکنند وبار آنها را کاهش ميدهند.اين بارها توسط دستگاه جذب نميشوند و از طريق گاز خروجي وارد اتمسفر ميشوند.در بدترين حالت ممکن،اين يونها باعث باردار شدن مجدد ذرّات و نشست آنها بر روي الکترود دشارژ
ميشوند و تمامي اين وقايع از کارامدي سيستم ميکاهد.از ديگر معايب افزايش ولتاژ ، جريان و در نتيجه افزايش انرژي مصرفي است.کنترل برگشت ذرات بسيار مشکل ميباشد.يکي از روشها افزايش هدايت الکتريکي ذره با افزودن عوامل شيميايي است. نتايج نشان داده اند فاصله زياد بين دو الکترود اين امکان را ميدهد تا ولتاژ اعمالي زياد شود و در نتيجه ميدان الکتريکي قوي تري بر روي الکترودهاي جمع کننده ايجاد شود.جهت از بين بردن مشکلات موجود در ذرّات غير هادي پروسه شارژ و جمع آوري در دو مرحله
ميباشد که اصطلاحا به اين وسايل دو مرحله اي35 مي گويند. در نزديکي الکترودها،ذرّات به دليل نوسان الکتريکي ته نشين
ميشوند.راندمان سيستم با افزايش فرکانس کاهش مييابد .عيب سيستم دو مرحلهاي در اين است که چسبندگي ذزات به الکترودها کم تر است و باعث بازگشت آنها ميشود.با افزودن مواد فعال در سطح36 کشش سطحي کم شده و ذرّات به الکترودها (مخصوصا ذرّات بزرگ)مي چسبند.

شکل1-18 : شماتيک تصفيه کننده ها:صفحه تخت موازي ولولهاي شکل- [10]
امروزه EHD در غياب نيروي گرانش ، جايگزين نيروي بويانسي جهت راندن حباب ها شده و نقش مهمي را در صنايع هوا فضا ايفا
مينمايد[11].در بررسي اثر ميدان الکتريکي در شرايط گرانشي ناچيز بر روي حباب ابتدا حباب از طريق اريفيس به ميدان تزريق
ميشود. در (شکل1-19) رفتار حباب بدون در نظر گرفتن ميدان الکتريکي و در شرايط ميکروگرانش نشان داده شدهاست.ناپايداري بر روي سطح مشترک گاز و سيال در حالت تماسي ديده ميشود.حباب در اين حالت به سايز جدايش ميرسد اما هنوز اتصال آن با الکترود قطع نمي شود.چنين رفتاري در شرايط جوشش نيز ديده ميشود.در غياب نيروي بويانسي و شتاب عمودي حباب بدون حرکت باقي مي ماند.شکل کلي حباب بدون تغيير مانده در حالي که ناپايداري هاي سطحي محلي باعث تغيير شکل سطح ميشوند. قسمت پايين حباب در تماس با الکترود باقي ميماند. تنوع رفتاري در شرايط گرانش پايين در غياب ميدان براي حباب ديده ميشود.يکي از پارامترهايي که ميتوان به کمک آن رفتار حباب را تا حدودي پيش بيني نمود،عدد وبر ميباشد.در اعداد وبر کمتر از 6 جدايش حباب ديده نميشود و براي وبر بزرگ تر از 10 حباب رفتار منظمي را در جدايش نشان ميدهد. در غياب ميدان الکتريکي شکل حباب تقريبا کروي است و اگر نسبت انسداد را افزايش در راستاي ميدان به افزايش عرضي در نظر بگيريم اين نسبت (1:1)است.با افزايش اختلاف پتانسيل الکتريکي بين دو الکترود طول حباب در جهت ميدان افزايش مييابد.همچنين زاويه تماسي در لحظه جدايش تغيير ميکند.با افزايش ميدان الکتريکي نسبت طول به عرض افزايش مييابد در حالي که از حجم حباب کاسته ميگردد . بعد از جدايش حباب از روي سطح پديده انعقاد حباب صورت ميگيرد.در شرايط گر‌انشي معمولي، ميدان الكتريكي غير يكنواخت ميتواند شكل حباب، مسير صعود و رفتار آن را در هنگام جدايش تغير دهد.

شکل1-19 : رفتار حباب در شرايط گرانش ناچيز در ميدان الكتريكي يكنواخت- [11]
امروزه جهت نگه داشتن ابزار الکتريکي در دماي کارکرد قابل قبول از روشهاي خنک سازي متنوعي بهره ميبرند. عمر و ق
ابليت کارکرد اين وسايل را ميتوان با استفاده ازHV و کنترل دما افزايش داد.تحت يک ميدان قوي هوا تا اندازهاي شکسته و يونيزه ميشود کرنا را باعث ميشوند. دراين پديده با يونيزه شدن مولکولهاي هوا و حرکت الکترونها در جهت ميدان و برخورد آنها با مولکولهاي خنثي و در نتيجه يونيزاسيون بيشتر همراه است. يونها از الکترونها سنگين ترهستند و در نتيجه شتاب گرفته و مولکولهاي هوا را ميکشند اين پديده (باد کرنا) باعث افزايش نرخ انتقال حرارت جابجايي ميشود.اگر کانالي را با الکترودهاي استوانهاي در نظر بگيريد بطوريکه کانال از پايين تحت شار حرارتي قرار گيرد.ميتوان چيدمانهاي متفاوتي را براي سيمها در نظر گرفت[12].در تمامي حالات سطح پايين و تيغه ها به عنوان گراند و سيم الکترود مثبت در نظر گرفته ميشود. ولتاژ اعمالي به سيمها باعث ايجاد جريان ثانويه ميشود و رفتار جريان اصلي را در پشت تيغهها تغيير داده و باعث افزايش نرخ انتقال حرارت ميشود.

شکل1-20 :اثر EHD در


0 دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید