مدل‌سازی سه‌بعدی اثرات هندسه و آرایش ماتریس میله‌ها بر جذب میکروذرات در فیلترهای مغناطیسی گرادیان بالا

در این مقاله یک مدل سه بعدی برای بررسی عملکرد فیلترهای مغناطیسی ارائه شده است. این فیلتر متشکل از ماتریسی از میله های آهنی است که درون کانالی با سطح مقطع مربعی چیده شده اند و در معرض یک میدان مغناطیسی خارجی هستند. سیال جاری درون کانال محلول آمین است که حاوی میکروذرات fes است. در مدل ارائه شده ابتدا جذب ذرات مغناطیسی زیر میکرونی برای یک هندسه دوبعدی و در شرایط مختلف به صورت عددی با استفاده از نرم افزار کامسول (comsol) با روش المان محدود محاسبه می شود. توسط این نتایج یک پایگاه داده برای جذب ذرات به ازای سرعت های مختلف جریان، قطرهای مختلف ذرات و چیدمان های متفاوت میله ها به دست آمده است. از طریق پردازش داده های این پایگاه تعداد ذرات جذب شده روی یک دسته میله سه بعدی توسط انتگرال گیری عددی در راستای عمق میله محاسبه شده است. نهایتاً مقدار جذب ذرات روی ماتریس میله ها به ازای ورود طیف گاوسی از ذرات به کانال تعیین شده است. نشان داده می شود در این فیلترها مقدار جذب ذرات با قطر ذرات رابطه مستقیم و با عدد رینولدز جریان و فاصله عرضی بین میله ها رابطه معکوس دارد. همچنین در شرایط یکسان مقدار فیلتراسیون چیدمان مثلثی میله ها نسبت به چیدمان مستطیلی بیشتر است که البته اختلاف میزان جذب ذرات در این دو آرایش با افزایش سرعت جریان، فاصله بین میله ها و کاهش قطر ذرات کاهش می یابد. این نتایج می تواند برای بهینه سازی فیلتراسیون ذرات در فیلترهای مغناطیسی مورد استفاده قرار گیرد.

3D Modeling of the Effects of Arrangement and Geometry of the Rod Matrix on the Capturing of Micro-Particles in High Gradient Magnetic Filters

In this paper, a 3D model is proposed for investigating the performance of HGMS filters. This filter consists of a matrix of iron rods arranged in a channel with a square crosssection and subjected to an external magnetic field. The flowing fluid is the amine solution which contains the FeS microparticles. In the presented model, first, the capture performances of magnetic particles for 2D geometries are calculated numerically at various conditions using COMSOL Multiphysics software through finite element method. Using these results, a database of capture performance has been established for different speeds of the flow, diameters of the particle and arrangement of the rods. By use of the processing of this database, the capture performance of semisized particles for a 3D problem is calculated through the integration of captured particles along the length of the rods. Finally, the amount of total particles captured on the rod matrix is obtained for a group of particles with various diameters assuming Gaussian distribution. The results indicate that in HGMS filters, the particle capturing is directly related to the particle diameter but inversely depends on Reynolds number and the vertical distance between the rods. Also, at the same conditions, the filtration of the triangular arrangement of rods is greater than the rectangular arrangement. However, the performance difference of these two arrangements decreases with increase in the flow velocity or increase in the distance between the rods or decrease in the diameter of the particles. These results can be used to optimize the filtration of particles in the magnetic filters at different conditions.