عنوان
شبيه سازي تجزيه ناهمگن مايع چندجزئي در بستر كاتاليستي
نويسنده اصلي
ياسين مقصودعلي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
واكنش شيميايي ناهمگن در بستر كاتاليستي، در فرآيند جداسازي، تجزيه، سلول هاي سوختي و رانشگرها كاربرد دارد. مطالعه ي تجربي واكنش ناهمگن در بستر كاتاليستي، كار پرهزينه و دشواري است؛ همچنين اين مطالعات قابليت ارائه تحولات داخل بستر را ندارند و تنها عملكرد كلي سيستم را نشان مي دهند. براي مشاهده تحولات رخ داده در داخل بستر، استفاده از شبيه سازي عددي، روشي ارزان و سريع است. در اين پايان نامه، واكنش تجزيه ناهمگن در بستر كاتاليستي، به صورت يك مرحله اي شبيه‌سازي شده است. اين نوع مدل سازيِ واكنش ناهمگن، محدوده شرايط شبيه سازي را افزايش مي دهد و واكنش شيميايي را به صورت دقيق مدل مي كند. براي انجام اين شبيه سازي از برنامه تجاري انسيس فلوئنت نسخه 18/1 استفاده شده است. اين شبيه سازي، تحولات اتفاق افتاده در بستر را با دقت زياد نشان مي دهد. مطالعه اين تحولات براي تشخيص شرايط عملكرد بستر و بهينه سازي آن اهميت دارد.
طول و ضريب تخلخل بستر از پارامترهاي مهم در تعيين عملكرد كلي سيستم هستند. چراكه افزايش طول بستر يا كاهش ضريب تخلخل آن، منجر به افزايش افت فشار بستر مي شود، همچنين كاهش طول بستر يا افزايش ضريب تخلخل آن، منجر به عدم تكميل واكنش شيميايي مي شود. زمان برخاست فشار يكي ديگر از پارامترهاي مهم است. اين پارامتر نشان دهنده ي زمان مورد نياز براي افزايش فشار محفظه از مقدار اوليه تا مقدار پايا بوده و به عوامل زيادي وابسته است. اين عوامل شامل، دبي جرمي مايع ورودي، غلظت مايع ورودي، خواص بستر و سرعت واكنش شيميايي هستند. سرعت واكنش شيميايي، وابسته به تركيبات استفاده شده در بستر كاتاليستي است؛ يعني كاتاليست هاي مختلف، سرعت تجزيه متفاوتي ايجاد مي كنند؛ بنابراين انجام آزمايش براي بدست آوردن سرعت تجزيه مهم است. همچنين شكل توزيع گلوله هاي كاتاليستي در بستر، موضوع مهمي است؛ زيرا در بهينه سازي بستر كاتاليستي و تعيين ضريب تخلخل آن مؤثر است.
براي تعيين نرخ واكنش تجزيه، يك سكوي آزمايش ساخته شده و توسط آن پارامترهاي معادله آرنيوس بدست آمده است. سپس آزمايش ديگري براي تعيين مشخصات بستر انجام شده است. اين آزمايش ضريب تخلخل و شكل توزيع گلوله هاي كاتاليستي در بستر را مشخص مي كند. نتايج اين آزمايش نشان مي دهد كه چينش گلوله هايي به قطر 1/9 ميليمتر در يك بستر با قطر 10 و طول 30 ميليمتر، به صورت الگوي مكعبي و شش وجهي است. در شبيه سازي انجام شده، واكنش تجزيه تا فاصله 7 ميليمتري از انژكتور كامل مي شود؛ اين فاصله يك‌چهارم طول بستر است. همچنين براي محاسبه فشار پاياي محفظه و زمان برخاست فشار، كدي بر اساس معادلات ديناميك گاز نوشته شده است. از نتايج اين كد براي اعتبارسنجي نتايج شبيه سازي استفاده شده است.
واژه‌هاي كليدي: واكنش ناهمگن، بستر كاتاليستي، جريان چندفازي، جريان چندجزئي
شماره ركورد
193860
دانشگاه
دانشگاه علم و صنعت ايران
رشته تحصيلي
مهندسي هوافضا
استاد راهنما
دكتر حجت قاسمي