تجزیه‌وتحلیل عملکرد در سیکلون‌های مربعی با استفاده از روش آنالیز حساسیت آماری سوبل

درخشان  فرد, رسول; نورعلی, علی; طاهری, معین; صفی‌خانی, حامد

doi:10.52547/masm.2.4.401

تجزیه‌وتحلیل عملکرد در سیکلون‌های مربعی با استفاده از روش آنالیز حساسیت آماری سوبل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

رسول درخشان فرد ¹

علی نورعلی ²

معین طاهری ³

حامد صفی‌خانی ⁴

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران،

² دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

³ گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

⁴ دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

https://doi.org/10.52547/masm.2.4.401

چکیده

سیکلون‌ها دستگاه‌هایی هستند که برای جدا‌سازی دو یا چند فاز از یکدیگر بکار می‌روند. سیکلون‌ها سیستم‌های جمع‌آوری ذرات مبتنی بر نیروی گریزازمرکز هستند که از اثر گردبادی برای جداکردن ذرات جامد از جریان گاز استفاده می‌کنند. در این مقاله به بررسی تأثیر ۵ پارامتر ورودی سیکلون که شامل ارتفاع ورودی، عرض ورودی، قطر خروجی، ارتفاع کل سیکلون و ارتفاع بدنه سیکلون بر دو پارامتر خروجی شامل افت فشار و قطر برشی است، از طریق معادله رگرسیون آنها و آنالیز حساسیت آماری سوبل پرداخته شده است. تاکنون تأثیر این ۵ پارامتر بر روی این خروجی‌ها از طریق آنالیز حساسیت آماری سوبل بررسی نشده است. نتایج نشان می‌دهد که به ترتیب عرض ورودی با 40%، ارتفاع ورودی با 36% و قطر خروجی با 24% بیشترین تأثیر را روی افت فشار داشته‌اند و ارتفاع سیکلون و ارتفاع بدنه تأثیری بر افت فشار نداشته‌اند. از طرفی عرض ورودی با 40%، ارتفاع ورودی 38%، ارتفاع کل سیکلون 12% و ارتفاع بدنه سیکلون با 10%، به ترتیب بیشترین تأثیر را روی قطر برشی داشته و قطر خروجی سیکلون تأثیری روی قطر برشی نداشته است.

کلیدواژه‌ها

سیکلون مربعی

طراحی آزمایش

آنالیز حساسیت

سوبل

عنوان مقاله English

Performance analysis in square cyclones using Sobol statistical sensitivity analysis method

نویسندگان English

Rasoul Derakhshanfard ¹

Ali Nourali ²

Moein Taheri ³

Hamed Safikhani ⁴

¹ Master student, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran,

² Master student, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran

³ Department of mechanical engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran

⁴ Associate Professor of Mechanical Engineering, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran

چکیده English

Cyclones are devices used to separate two or more phases from each other. Cyclones are centrifugal particle collection systems that use the effect of a tornado to separate solid particles from the gas stream. The purpose of this article is to investigate the effect of 5 inlet parameters including inlet height, inlet width, outlet diameter, total cyclone height and body cyclone height on both pressure outlet and cut-off diameter. These parameters have not yet been investigated by Sobel analysis. In this article, the effect of 5 cyclone inlet parameters including inlet height, inlet width, outlet diameter, total cyclone height and cyclone body height on two outlet parameters including pressure drop and shear diameter was investigated through their regression equation and Sobel statistical sensitivity analysis. So far, the effect of these 5 parameters on these outputs has not been investigated through Sobel statistical sensitivity analysis. The results show that inlet width with 40%, inlet height with 36% and outlet diameter with 24% had the greatest effect on pressure drop, respectively, and the height of the cyclone and the square height of the body had no effect on pressure. On the other hand, the inlet height with 40%, the inlet height with 38%, the height of the cyclone with 12% and the body height of the cyclone with 10% have the greatest effect on the shear diameter, respectively, and the cyclone outlet diameter has no effect on the cut-off diameter.

کلیدواژه‌ها English

Square cyclone

Experiment design

Sensitivity analysis

Sobol

[1] Dirgo J, Leith D. Cyclone Collection Efficiency: Comparison of Experimental Results with Theoretical Predictions. Aerosol Science and Technology. 1985;4(4):401-415.

[2] Tan F, Karagoz I, Avci A. Effects of Geometrical Parameters on the Pressure Drop for a Modified Cyclone Separator. Chemical Engineering & Technology. 2016;39(3):576-581.

[3] Sun X, Yoon J. Multi-objective optimization of a gas cyclone separator using genetic algorithm and computational fluid dynamics. Powder Technology. 2018; 325:347-360.

‏[4] Zhu Y, Lee K. EXPERIMENTAL STUDY ON SMALL CYCLONES OPERATING AT HIGH FLOWRATES. Journal of Aerosol Science. 1999;30(10):1303-1315.

[5] Brar L, Sharma R, Elsayed K. The effect of the cyclone length on the performance of Stairmand high-efficiency cyclone. Powder Technology. 2015; 286:668-677.

[6] Zhao B, Su Y, Zhang J. Simulation of Gas Flow Pattern and Separation Efficiency in Cyclone with Conventional Single and Spiral Double Inlet Configuration. Chemical Engineering Research and Design.2006;84(12):1158-1165.

[7] Elsayed K, Lacor C. The effect of cyclone inlet dimensions on the flow pattern and performance. Applied Mathematical Modelling. 2011;35(4):1952-1968.

[8] Elsayed K, Lacor C. Numerical modeling of the flow field and performance in cyclones of different cone-tip diameters. Computers & Fluids. 2011;51(1):48-59.

[9] Kim J, Lee K. Experimental Study of Particle Collection by Small Cyclones. Aerosol Science and Technology. 1990;12(4):1003-1015.

[10] Safikhani H, Zamani J, Musa M. Numerical study of flow field in new design cyclone separators with one, two and three tangential inlets. Advanced Powder Technology. 2018;29(3):611-622.

[11] Brar L, Sharma R, Elsayed K. The effect of the cyclone length on the performance of Stairmand high-efficiency cyclone. Powder Technology. 2015; 286:668-677.

[12] Sankar P, Prasad R. Process Modeling and Particle Flow Simulation of Sand Separation in Cyclone Separator. Particulate Science and Technology. 2014;33(4):385-392.

[13] Ganegama Bogodage S, Leung A. Improvements of the cyclone separator performance by down-comer tubes. Journal of Hazardous Materials. 2016; 311:100-114.

[14] Momen,Sasan ,Yazdani ,Azad ,Niknam, Ahmad, Khanzadi. Generalization of Sobel sensitivity analysis method for use in engineering and science. Modeling in Engineering. 2018;16(54), 217-226.

‏‏‏‏[15] Christopher Frey H, Patil S. Identification and Review of Sensitivity Analysis Methods. Risk Analysis.2002;22(3):553-578.

‏[16] Taheri M. Subsequent analysis of the manipulation of three spherical nanoparticles using the statistical method E-set. Modares Mechanical Engineering. 2018;17 (11) :59-69.

[17] Qureshi M, Zolfaghari M, Tahmasebi V, Heidari H. Mathematical modeling, Sobel sensitivity analysis and optimization of temperature behavior in the automatic bone drilling process.

[18] Sobol IM. Sensitivity analysis for non-linear mathematical models. Mathematical modelling and computational experiment. 1993; 1:407-14.

[19] Korayem,M. H, Hefzabad R. N, Taheri M, Mahmoodi Z. Finite element simulation of contact mechanics of cancer cells in manipulation based on atomic force microscopy. International Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2014;10(1):1-12.‏

[20] Venkatesh S, Suresh Kumar R, Sivapirakasam S, Sakthivel M, Venkatesh D, Yasar Arafath S. Multi-objective optimization, experimental and CFD approach for performance analysis in square cyclone separator. Powder Technology. 2020; 371:115-129.