شبیه‌سازی جریان گاز اطراف اسکوپ در یک روتور سانتریفیوژ با مدل دوبعدی (r-θ) با استفاده از روش مستقیم مونت‌کارلو

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 گرادیان‌های شدیدی در جریان اتفاق خواهد افتاد. در این پژوهش جریان گاز در اطراف اسکوپ در حالت دوبعدی (r-θ) به روش شبیه سازی مستقیم مونت‌کارلو (dsmc) با استفاده از حل گر dsmcfoam در فواصل مختلف اسکوپ از دیواره شبیه‌سازی شده است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش فاصله اسکوپ از دیواره روتور و کاهش زاویه برخورد جریان گاز با اسکوپ، سبب کاهش بیشینه دما و نیروی درگ می‌شود. به‌عنوان نمونه برای روتوری با شعاع 100 میلی متر که جریان کنار دیواره آن به ماخ 5/6 می رسد افزایش فاصله اسکوپ از دیواره به میزان 31 درصد (از 8 به 5/10 میلی‌متر) به ازای فشار دیواره 3800 پاسکال در زاویه برخورد 85 درجه، سبب کاهش بیشینه دما به میزان 3/1 درصد (از 596 به 588 کلوین) و کاهش نیروی درگ به میزان 4/49 درصد (2412 به 1221 دین) می‌شود. کاهش زاویه برخورد گاز با اسکوپ به میزان 8/11 درصد (از 85 درجه به 75 درجه) به ازای فشار دیواره 3800 پاسکال در فاصله اسکوپ از دیواره برابر با 5/10 میلی‌متر سبب کاهش بیشینه دما به میزان 8/6 درصد (از 588 به 548 کلوین) و کاهش نیروی درگ به میزان 3/50 درصد (1552 به 771 دین) می‌شود.

simulation of gas flow around the scoop in a two-dimensional (r-θ) centrifugal rotor using the direct monte carlo method

one of the driving factors for creating axial flow inside the gas centrifuge rotor to increase the separation performance is the scoop. due to the exposure of the scoop to the high mach gas flow, the flow will be shocked, and strong gradients will occur in the flow.  in this research, the gas flow around the scoop in a two-dimensional state (r-θ) is simulated by the direct simulation monte carlo method (dsmc) using the dsmcfoam solver at different distances of the scoop from the rotor wall. the results show that increasing the distance of the scoop from the rotor wall and decreasing the contact angle of the gas flow with the scoop reduces the maximum temperature and drag force. for instance, increasing the distance of the scoop from the wall by 31% (from 8 to 10.5 mm) in 3800 pa wall pressure and 85° contact angle, causing a maximum temperature decrease of 1.3% (from 596 to 588 k) and also the drag force is reduced by 49.4% (2412 to 1221 dyn). furthermore, reducing the angle of the gas flow with the scoop by 11.8% (from 85 ° to 75 °) in 3800 pa wall pressure and at the distance of the scoop from the wall equal to 10.5 mm causes a maximum temperature decrease of 6.8% (from 588 to 548 k) and the drag force is reduced by 50.3% (1552 to 771 dyn).