التصاق حبيبات الشوائب على الجدار المقابلة للغاز فى مولدات غاز الكتل الحيوية

Arabic summary التصاق حبيبات الشوائب على الجدار المقابلة للغاز فى مولدات غاز الكتل الحيوية يحدث التصاق الحبيبات على جدار أنابيب المبادلات الحرارية المستخدمة فى مولدات غاز الكتل الحيوية، نتيجة تراكم ترسيب الشوائب العالقة فى هذا الغاز أثناء سريانه خلال المبادلات، مكونة طبقة عازلة من الحبيبات المترسبة على الجدار، و يؤدى ازدياد سمك هذه الطبقة إلى تفاقم مشكلة نقص كفاءة تشغيل هذه المبادلات الحرارية، و من خلال البحوث التى تمت لدراسة خصائص الطبقة المترسبة على جدار هذه الأنابيب، وجد أنهـا تعتمد على درجات الحرارة و سرعة سريان الغاز، حيث تؤدى زيادة درجات حرارة جدران الأنابيب إلى تحول طبيعة طبقة الحبيبات المترسبة من طبيعة هشة إلى طبيعة متماسكة، كما أن معدل نمو الطبقة المترسبة يتحدد بالفرق بين معدل ترسب هذه الحبيبات، و معدل إزالتهـا نتيجة سريان الغازات من حولها، و قد اتجهت معظم الأبحاث السابقة حتى الآن إلى تحديد وصفى لعمليات الترسيب. و الهدف من مشروع البحث المقدم هو دراسة طرق إزالة حبيبات من طبقة الحبيبات الملتصقة بجدار الأنابيب من خلال نماذج تحليلية و عملية تأخذ فى اعتبارهـا طريقة تكوين هذه الطبقة، و تعتمد على منظور تتكامل قيه عملية الإزالة و عملية الترسيب، و قد تبين أن إزالة الحبيبات يمكن أن يتم من خلال ميكانيزمين، المكانيزم الأول يحدث بتأثير قوى القص الناتجة من سريان الغاز، و الثانى بانتقال طاقة الحركة من الحبيبات المتدفقة إلى حبيبات الطبقة الملتصقة بالجدار، و قد تم عمل إجراء مجموعة من التجارب لدراسة الميكانيزم الأول بإزالة الحبيبات بفعل قوى القص، و هذا باستخدام تزجة اختبارات لمبادل حرارى يسمح بترسيب حبيبات بأحجام مختلفة و من مواد مختلفة كشوائب فى غاز يتدفق خلال المبادل الحرارى بسرعات مختلفة، و قد أثبتت هذه التجارب أن زيادة سرعة سريان الغاز تؤدى إلى نقص سمك و مساحة الطبقة المترسبة على الجدران، و أثبتت أيضا أنه إذا بلغت سرعة الغاز حدا معينا فسوف تتوقف عملية التصاق الحبيبات بالجدار، و كما يبدو فإن هذه السرعة ( التى تتوقف عندهـا عملية الترسيب) ترتبط بالسرعة الحرجة التى يبدأ عنهـا دحرجة أحد الحبيبات المستقرة على سطح مستوى، و هكذا فإنه يمكن أن تتوقف عملية ترسيب هذه الحبيبات بزيادة سرعة سريان الغاز عن السرعة الحرجة المناظرة لحجم الحبيبات الأقرب للالتصاق بأنابيب المبادل الحرارى ، قد أثبتت التجارب أيضا أن أهمية الميكانيزم الأول بإزالة الحبيبات بتأثير القص تزداد عند سرعات سريان الغاز العالية، و أن الميكانيزم الثانى الذى يعتمد على إزالة الحبيبات بتأثير ارتطام الحبيبات المتدفقة التى تصطدم بالحبيبات الملتصقة بالجدار، يكون له الدور الأكبر فى سرعات سريان الغاز المنخفضة. و قد تم بحث طريقة إزالة الحبيبات من الطبقة المتراكمة على الجدران بالميكانيزم الثانى تحليليا (بالطرق العددية) و عمليا، و قد اعتمد النموذج العددى على محاكاة التداخل و التصادم بين أحد الحبيبات المتدفقة و حبيبات الطبقة الملتصقة بالجدار، و استخدمت مبادئ ميكانيكا التلامس فى تحديد قوى التصادم بين الحبيبات، و تم استخدام طريقة العنصر المحدد فى حل هذا النموذج، وقد تم استخدام هذا النموذج فى التنبأ بقيمة سرعة الاصطدام الحرجة التى تبدأ عندهـا الحبيبات المتصادمة فى الالتصاق أو الارتداد أو إزالة حبيبات أخرى من الحبيبات التى تصطدم بهـا فى الطبقة الملتصقة بالجدار، و قد أوضحت النتائج أنه إذا زاد سمك طبقة حبيبات الشوائب الملاصقة للجدار عن حد معين، فلن يكون له تأثير على السرعة الحرجة لإزالة أو التصاق الحبيبات، و و قدرت حدود هذا السمك بمقدار 2 حبيبة إذا تكونت طبقة الشوائب الملتصقة من حبيبات أحادية التشتت بحيث يكون ترتيبهـا على هيئة معينات متعامدة، و قد وجد أن زمن انطلاق الحبيبات من الطبقة الملاصقة للجدار نتيجة اصطدامهـا بالحبيبات المرتطمة بهـا يتناسب طرديا مع قطرها و مع الجزر التربيعى لعدد طبقات الحبيبات الملاصقة للجدار، و حتى يتم تعميم استخدام نتائج هذا النموذج التحليلى، فقد تم عمل تجارب على تصادم الحبيبات فى عمود مفرغ من الهواء، حيث تم اسقاط حبيبات بسرعات تصادم مختلفة على طبقة من حبيبات أخرى ملتصقة بالجدار داخل هذا العمود، و تم تحديد حدوث الالتصاق أو الارتداد أو الإزالة كدالة فى سرعة الحبيبات المصطدمة، و قد وجد أن السرعات الحرجة للالتصاق و الإزالة التى تم التنبا بهـا من خلال نموذج التحليل العددى تتفق مع نتائج التجارب العملية. و قد وجد أنه خلال تشغيل المبادلات الحرارية، و نتيجة لارتفاع درجات حرارة الجدار المقابلة للغاز، تتماسك أو تتلبد طبقات الحبيبات الملاصقة لجدران هذه المبادلات، و لهذا فقد تم بحث تأثير ارتفاع درجات حرارة الجدار المقابلة للغاز على تكوين هذه الطبقات و بالتالى على تراكم و إزالة الحبيبات بهذه الطبقات، حيث يعتمد تكوين طبقات الحبيبات الملاصقة للجدار على درجة حرارة الجدار المقابلة للغاز و عما إذا بلغت قيمتهـا درجة الحرارة التى تتلبد أى تتماسك عندهـا الحبيبات، و قد أجريت تجارب أخرى لبحث هذه النقطة من خلال اصطدام الحبيبات بجدار أنابيب ملساء و أنابيب عليها طبقة حبيبات هشة ( أى على هيئة مسحوق أو بودرة) و أنابيب عليهـا طبقة حبيبات متلبدة (أى متماسكة معا)، و قد أثبتت التجارب أن تغير طبيعة أسطح المبادلات الحرارية من الجدران الملساء إلى جدار عليها طبقة حبيبات هشة تؤدى إلى زيادة السرعة الحرجة لالتصاق الحبيبات، و التى تؤدى بالتالى إلى زيادة سرعة عملية الالتصاق، إلا أن تغير طبقة الحبيبات الملتصقة من الحبيبات الهشة إلى الحبيبات المتلبدة يؤدى إلى نقص سرعة الالتصاق و يقلل بالتالى سرعة نمو طبقة الحبيبات الملاصقة للجدار، إلا أننا يمكن أن نعزى السلوك المتوافق لعملية التصاق الحبيبات على جدار المبادلات الحرارية إلى التغير فى طبيعة سطح هذه المبادلات أثناء عمليات ترسب الحبيبات و التصاقهـا بالجدار، و قد أمكن تطوير النموذج التحليلى لدراسة الميكانيزم الثانى عندما تصطدم الحبيبات بأسطح عليهـا حبيبات متماسكة أى متلبدة. و كملخص عام، يمكن القول بأن عملية ترسيب أو إزالة حبيبات من طبقات الحبيبات المترسبة على جدار المبادلات الحرارية قد تم دراستهـا من خلال نماذج تحليلية (عددية) و أن نتائج هذه النماذج قد تم تعميمهـا و إثبات صحتهـا معمليا، و باستخدام النموذج التحليلى مقترنا بأحد برامج الحاسب التطبيقية(CFD-particle transport model) ، يمكن التنبأ الكمى لمعدل نمو طبقة الحبيبات المترسبة على جدار المبادلات الحرارية.