شبیه سازی به منظور تعیین پروفایل غلظت در ماشین سانتریفیوژ گازی برای خوراک گازی سه جزئی در حالت جریان برگشتی کامل با استفاده از روش DSMC

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

2 عضو هئیت علمی پژوهشگاه

3 عضو هیات علمی پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

4 کارشناس /سازمان انرژی اتمی ایران

5 کارمند/سازمان انرژی اتمی ایران

چکیده

در این مقاله با بهره بردن از یک تکنیک جدید شبکه‌بندی ترکیبی در مختصات متقارن محوری، حلگر MCC-DSMC معرفی می-گردد که با استفاده از این حلگر تغییرات جریان و غلظت در داخل یک سانتریفیوژ در حالت گردش صلب با روش DSMC برای مدل‌های کروی سخت و نرم تغییر پذیر و برای مخلوط گازهای هیدروژن، آرگون و کریپتون بررسی می‌گردد. نتایج حاکی از آن می‌باشد که دو مدل برخورد دارای انطباق بالایی نسبت به یکدیگر می‌باشند ولی نتایج آن‌ها با نتایج حل تحلیلی به دست آمده از تابع توزیع بولتزمن دارای مقداری اختلاف می‌باشد. همچنین نتایج نشان می‌دهند که با حضور مخلوط چند گاز در داخل یک سانتریفیوژ، چند لایه‌بندی‌ شعاعی از جریان گازها درون روتور شکل می‌گیرد به گونه‌ای که سنگین‌ترین گاز در لایه کناری دیواره، سبک‌ترین گاز در لایه‌ای نزدیک محور روتور و گازهای با جرم مولکولی متوسط در لایه‌ای مابین این دو قرار می‌گیرند. همچنین در این تحقیق تاثیر محرک‌های حرارتی روتور در ایجاد یک جریان محوری (برگشت کامل) و تغییرات محوری غلظت اجزاء در جهت محوری با استفاده از روش DSMC نیز مورد بررسی قرار می‌گیرد بطوریکه امکان بررسی آن با استفاده از حل تحلیلی تابع توزیع بولتزمن امکان پذیر نمی‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation to determine the concentration profile for a three-component gas of a gas centrifuge machine under “total reflux flow” conditions by using the DSMC method

نویسندگان [English]

  • Sadegh Yousefi Nasab 1
  • Javad Karimi-Sabet 2
  • Seyad Jaber Safdari 3
  • Ali noroozi 4
  • Elham Amini 5
3 AEOI
چکیده [English]

In this paper, by using a new combinatory meshing technique in axisymmetric coordinate, a solver of MCC-DSMC is introduced. Using this solver, the flow and concentration variation inside a centrifuge machine in a rigid body rotation mode with the DSMC method for variable hard sphere and variable soft sphere models and for the mixing hydrogen, argon and krypton gases are investigated. The results are compared with the analytical solution. The results indicate that the two collision models have a high agreement with each other, but their results have some differences with the analytical results obtained from the Boltzmann distribution function. The results show that the presence of several gases with different molecular weights in a centrifuge, is shaped multi-layered radial flow of gases inside the rotor so that the heaviest gas in the area of the side wall of the rotor, the lightest gas in the region near the axis the rotors and gases of with medium molecular mass are placed in a layer between them. In this study, the variation of concentration for each component of the mixing gases in axial direction is also investigated by using DSMC method, so that it is impossible to investigate it using the analytical solution of the Boltzmann distribution function.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Centrifuge machine
  • multi-component gases
  • rigid body rotation
  • total reflux
  • DSMC