بررسی تغییرات غلظت اجزای یک مخلوط گاز سه جزیی در جهت شعاعی و محوری در داخل یک ماشین سانتریفوژ گازی در شرایط «جریان برگشت کامل» با استفاده از روش شبیه‌سازی مستقیم مونت‌کارلو

این مقاله با بهره گیری از یک روش جدید شبکه بندی ترکیبی در مختصات متقارن محوری، یک حل کننده ی غلظت چند جزیی شبیه سازی مستقیم مونت کارلو (mcc-dsmc) معرفی می کند که با استفاده از آن تغییرات جریان و غلظت در داخل یک سانتریفوژ در حالت گردش صلب برای مدل های کروی سخت و نرم تغییرپذیر و برای مخلوط گازهای هیدروژن، آرگون و کریپتون بررسی شد. یافته ها حاکی از آن است که دو مدل برخورد دارای انطباق بالایی نسبت به یک دیگر هستند ولی نتیجه های آن ها با نتیجه های حل تحلیلی به دست آمده از تابع توزیع بولتزمن دارای مقداری اختلاف است. هم چنین نتیجه ها نشان می دهند که با حضور مخلوط چند گاز در داخل یک سانتریفوژ، چند لایه بندی شعاعی از جریان گازها درون روتور شکل می گیرد به گونه ای که سنگین ترین گاز در لایه ی کناری دیواره، سبک ترین گاز در لایه ای نزدیک محور روتور و گازهای با جرم مولکولی متوسط در لایه ای مابین این دو قرار می گیرند. هم چنین در این پژوهش تاثیر محرک های گرمایی روتور در ایجاد یک جریان محوری (برگشت کامل) و تغییرات محوری غلظت اجزا در جهت محوری با استفاده از روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو مورد بررسی قرار گرفت درحالی که بررسی آن با استفاده از حل تحلیلی تابع توزیع بولتزمن امکان پذیر نیست.

Investigation of concentration variation of the components of a threecomponent gas mixtures in the radial and axial direction of a gas centrifuge machine under “total reflux flow” conditions by using the DSMC method

In this paper, using a new combinatory meshing technique in the axisymmetric coordinate, a MCCDSMC solver is introduced. Using this solver, the flow and the concentration variation inside a centrifuge machine in a rigid body rotation mode with the DSMC method for a variable hard sphere and a variable soft sphere models and for the mixing hydrogen, argon, and krypton gases are investigated. Our results are compared with the analytical solution. The results indicate that the two collision models are totally in agreement with each other, but the results have some differences with the analytical results obtained from the Boltzmann distribution function. The results show that the presence of the several gases with different molecular weights in a centrifuge shaped a multilayered radial flow of gas 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 of the rotor and gases with the medium molecular mass were placed in a layer between them. Furthermore, the variation of the concentration for each component of the mixing gas in the axial direction is also investigated by the DSMC method, otherwise, that it is impossible to investigate it using the analytical solution of the Boltzmann distribution function.