بررسی و ارزش یابی فرض های به کار برده شده در حل تحلیلی معادله های دیفرانسیل حاکم بر میدان جریان دستگاه سانتریفوژ گازی از طریق مقایسه ی آن با حل عددی انجام شده با رویکرد دینامیک سیالات محاسباتی

کاربرد میدان نیروی مرکز گریز در سرعت های زاویه ای بالا در صنعت هسته ای به ویژه برای جداسازی ایزوتوپ های سنگین، هم در بعد صنعتی و هم برای کاربردهای آزمایشگاهی واضح و آشکار است. حل معادله های دیفرانسیل ترموهیدرولیک حاکم بر چنین میدان جریانی به علت سرعت چرخش با سرعت بالا و تراکم پذیری شدید جرم اندک گاز تزریق شده به دستگاه، بسیار پیچیده است. حل تحلیلی این معادله ها در چنین شرایطی تنها با اعمال فرض های متعدد ساده کننده امکان پذیر است. در این مطالعه، از حل عددی حجم محدود انجام شده با رویکرد دینامیک سیالات محاسباتی برای ارزش یابی فرض های حاکم بر حل تحلیلی و بررسی اثر حذف این فرض ها بر متغیرهای اصلی میدان جریان، استفاده شده است. برای انجام این مهم، از میان روش های تحلیلی موجود برای حل معادله های پایستگی حاکم بر این میدان جریان، روشی که با اعمال کم ترین فرض همراه است، برگزیده شد. در روند انجام این حل تحلیلی، نکات کلیدی، از شکل پایه ی معادله های پایستگی تا انتها بررسی و بر این اساس، مجموعه فرض های اعمال شده، در چهار عنوان گردآوری شد. سپس این فرض ها به حل عددی انجام شده در محیط نرم افزار فلوئنت، که نیازمند برنامه نویسی بود، اعمال و نتیجه ها با حل تحلیلی مقایسه و بدین وسیله صحت سنجی شد. در گام بعدی، براساس حذف تصاعدی چهار فرض، چهار حالت متفاوت تعریف شد. نتیجه های جدید و پرمعنایی که از مقایسه ی نتیجه های این حالت ها حاصل شد، انگیزه ی اصلی ارایه ی این مقاله بود. این بررسی، علاوه بر نشان دادن کارآیی بالای رویکرد دینامیک سیالات محاسباتی در شبیه سازی این میدان جریان پیچیده، به خوبی علت گرایش طولانی مدت به حل تحلیلی را با وجود فرض های متعدد آن، به ویژه در ارتباط با توزیع شعاعی سرعت جرم در راستای محور دستگاه به علت اثر متضاد و حذف شونده ی تغییر متغیرهای تشکیل دهنده ی آن نشان داد.    

کلیدواژه ها:

میدان نیروی مرکز گریز ، حل تحلیلی ، حل عددی ، دینامیک سیالات محاسباتی ، روش حجم محدود