Su ve Çevre Teknolojileri Dergisi 172. Sayı (Kasım 2022)

48 SU VE ÇEVRE TEKNOLOJİLERİ • Kasım / 2022 Tasarımı tamamlanıp CFD analizi gerçekleştirilen modül, nihai tasarım için bilgisayar destekli 3B çizim programında düzenlenip son hali verilmektedir. Şekil 13’te tüm gerekli ek parçaları içeren nihai tasarımı tamamlanmış pilot ölçekli bir membran modülü görülmektedir. 3.2. Modüllerin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) ile Modelleme ve Simülasyonu Hesaplamalı akışkanlar mekaniği (CFD), ısı transferi, akışkan akışı veya buna benzer konuları (kimyasal reak- siyonlar) bilgisayar bazlı simülasyonlarla analiz eden bir sistemdir (Versteeg ve Malaskekera, 2007). Genel olarak CFD, yarı empirik formülllerden iyi ve doğru bir şekilde performans tahmini yapmaktadır. CFD simülasyonununda kullanılan bilgisayar donanımı ve yazılımların maliyetleri yüksek olsa da yine de gerçek ölçekli düzeneklerin maliye- tiyle ve elde edilebilecek sonuçlarla karşılaştırınca CFD ile modellemenin maliyeti oldukça düşük kalmaktadır. Birçok CFD programı, üç kademeden oluşmaktadır. Bunlar, ön-işlemci, çözücü ve son-işlemcidir. Ön-işlemci, herhangi bir CFD modellemesinin için ilk basamağını oluşturmakta ve modellenecek objenin geometrisini oluş- turmaktan ibarettir. Üst üste binmeyecek şekilde bölümlen- dirme (Mesh) kısmı, bilgisayar destekli CAD programlarına benzer şekilde objenin geometrisini parçalara ayırmaktadır (Şekil 6.14). Bölümlendirme kısmı bittikten sonra çözüm yapılabilmesi için modellenecek geometrinin sınır koşulları belirlenir. Bu alan koşulları, akışkan özelliklerinin belirtil- mesi, çevresel koşullar, fiziksel ve kimyasal olmak üzere sınır koşullarının sisteme tanıtılmasıyla belirlenir. CFD’deki çözücü nümerik bir algoritmadır. Genellikle dört farklı ayrıklaştırma yöntemini kullanır. Bu yöntemler: • Sonlu hacim • Sonlu fark • Spektral yöntem • Sonlu eleman yöntemleridir. Yöntemlerin mantığı, cebirsel denklem- leri parçalı diferansiyel denklem kullanarak olası değerini bulmaktan geçmektedir. Sonlu hacim yöntemi, CFD kod programcıları tarafından en çok kullanılan yöntemdir. Her bir bölümlenmiş hücreye ait cebirsel denklem kabul edilebilir bir yakınsama elde ettiğinde, bu yakınsama CFD nümerik çözüm olarak kabul edilebilir. Çözücüyü başarılı bir biçimde istenilen akışkan problemine uygulayabilmek için üç matematiksel konsepti iyi kavramak gerekir. Bunlar, Yakınsama • Uygunluk • Tutarlılıktır. Yakınsama, cebirsel denklemin nümerik sonucunun bölümlendirilmiş hücrenin boyutunun sıfıra düştüğü ana, yani kesin çözüme yaklaşıldığı duruma, en yakın sonucun elde edildiği zamanı gösteren özelliktir. Uygunluk, nüme- Tablo 1: Membran modu llerinin karşılaştırması (Baker, 2012; Scha fer ve diğ., 2006) Paketleme yoğunluğu (m 2 /m 3 ) Yüksek (500-5000) Yüksek (500-1000) Orta (200-500) Düşük (70-400) Akım yönetimi & tıkanma kontrolü Orta iyi İyi (katı yoksa) Zayıf Orta İyi (katılar içinde) Konsantrasyon polarizasyonu kontrolü Zayıf Orta İyi Çok iyi Yüzey alanı m 2 /m 3 Çok yüksek Yüksek Orta Düşük Ön arıtım gereksinimi Yüksek Orta Yüksek Basit Temizlenebilirlik Geri yıkama mümkün Katılar olduğunda zor Orta İyi-fiziksel temizleme mümkün Süzüntü basıncı düşüşüu Yüksek Orta Düşük Düşük Yüksek basınçta işletmeye uygunluk Evet Evet Evet Çok az Belirli tip membran materyalinde sınırlılık Evet Hayır Hayır Hayır Üretim kolaylığı Orta Karışık Kolay Kolay Enerji tüketimi Düşük (laminer) Orta (spacer kayıpları) Düşük orta (laminer) Yüksek (türbülanslı) PARAMETRE İÇI BOŞLUKLU FIBER SPIRAL SARGILI PLAKA TÜBÜLER MAKALE