آموزش شبیه سازی رِاَکتور بستر سیال (گاز-جامد)

آموزش شبیه سازی رِاَکتور بستر سیال (گاز-جامد)ANM-20128711


500,000 تومان

آخرین بروزرسانی : 30 آذر, 1400

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی رِاَکتور بستر سیال (گاز-جامد) در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.


تمامی محصولات شامل فایل های Geometry و Mesh بوده و آموزش محصولات به صورت یک جلسه آنلاین یک ساعته خواهد بود.

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی رِاَکتور بستر سیال (گاز-جامد)

مقدمه‌ای بر رِاَکتورهای بستر سیال (fluidized bed)

رِاَکتور دستگاهی برای انجام واکنش­‌های شیمیایی مورد نظر (تبدیل، ترکیب، تجزیه و …..) با استفاده از کاتالیزورها و درنتیجه، تبدیل مواد اولیه­‌ خام به محصولات مورد نیاز می‌­باشد. راکتورها می­توانند هم در مقیاس­‌های بزرگ صنعتی و هم در مقیاس­‌های کوچک آزمایشگاهی ساخته شوند. با توجه به جنبه‌­های اقتصادی در تولید رِاَکتورها، باید به طراحی راکتورهایی با کارایی بالاتر اما دارای هزینه­ پایین­تر و مصرف انرژی کمتر دست یافت؛ درنتیجه در طراحی راکتورها، پارامترهایی نظیر حجم، دما، فشار، غلظت ذرات، زمان اقامت ذرات، ضریب انتقال حرارت و سرعت انجام واکنش مهم می­‌باشد.

راکتورهای شیمیایی از جنبه‌­های مختف دارای دسته­‌بندی­‌های متفاوت می‌­باشند؛ از جمله راکتورهای پیوسته و ناپیوسته (از نظر تداوم در ورود مواد واکنشی و خروج محصولات)، راکتورهای همگن و ناهمگن (از نظر فازهای درگیر در واکنش)، راکتورهای لوله­‌ای و مخزنی (از نظر ساختمان محفظه­ راکتور)، و راکتورهای بستر ثابت و بستر سیال (از نظر رفتار ذرات جامد موجود در راکتور).

در راکتورهای بستر ثابت، مواد جامد به عنوان کاتالیزور به طور ثابت و ساکن داخل راکتور قرار دارند و مواد واکنش دهنده با عبور از روی این مواد، واکنش داده و از راکتور خارج می‌شوند؛ در حالی که در راکتورهای بستر سیال، مواد جامد به عنوان واکنش­ دهنده یا کاتالیزور درون جریانی از سیال تحت فشار در راکتور به حالت معلق درمی­‌آیند. راکتور نوع بستر سیال دارای مزایایی از جمله سرعت انتقال حرارت و انتقال جرم بالا، نیاز به سطح انتقال حرارت کمتر، توزیع یکنواخت­ دما، کنترل مناسب حرارت، و همچنین اختلاط کامل­ و سریع واکنش دهنده‌ها و کاتالیزورها می­‌باشد. درواقع، مزیت اصلی راکتور نوع بستر سیال نسبت به نوع بستر ثابت، قابلیت کنترل دما و جلوگیری از ایجاد نقاط داغ می­‌باشد که برای هر واکنشی لازم است. راکتورهای بستر سیال دارای کاربردهای صنعتی بسیاری از جمله صنایع پتروشیمی، شیمیایی، تولید برق، سوزاندن زباله خشک‌­کن‌­ها و ….. می­باشند.

شکل زیر شماتیکی از یک رِاَکتور بستر سیال را نشان می­دهد.

 

تعریف مسأله

مسأله­‌ی حاضر به شبیه­‌سازی جریان دو فازی درون یک راکتور بستر سیال با هندسه­‌ای ساده پرداخته است. از آنجایی که عملکرد راکتورها ذاتاً مبتنی بر اختلاط جریان­ها و ذرات به عنوان واکنش­دهنده‌­ها و کاتالیزورهای فرایند واکنش شیمیایی می­‌باشد، از مدل چند فازی برای تعریف جریان سیالات درون مدل استفاده شده است. ضمناً با توجه به این که مدل حاضر مربوط به شبیه­‌سازی تعلیق ذرات جامد درون یک جریان سیال تحت عنوان مدل بستر سیال می­‌باشد، انتخاب مدل جریان چند فازی اویلرین مناسب­‌ترین گزینه است. بنابراین، مدل شامل یک جریان گازی تعریف شده در نرم‌­افزار به عنوان فاز اولیه با چگالی 21.56 کیلوگرم‌برمتر‌مکعب و لزجت 0.00001081 کیلوگرم‌برمترثانیه و ذرات جامد معلق تعریف شده به عنوان فاز ثانویه با چگالی 910 کیلوگرم‌برمترمکعب و لزجت 0.000017894 کیلوگرم‌برمترثانیه می‌­باشد. فرایند شبیه­‌سازی بدین صورت است که در حالت اولیه درون محفظه، جریان گازی قالب می‌­باشد و ذرات معلق جامد فقط تا ارتفاع 20 سانتی‌متر از محفظه و با کسر حجمی 0.63 درون جریان گازی قرار دارند. فشار کاری سیستم برابر 1400000 پاسکال تعریف شده است. جریان گازی با سرعت 0.3 متربرثانیه به طور عمودی و رو به بالا وارد می­‌شود، در حالی که هیچ ذره­‌ی جامدی وارد راکتور نمی‌­شود. فرایند شبیه­‌سازی در مدت زمان 4 ثانیه و با گام زمانی 0.001 ثانیه انجام گرفته است. هدف از مسأله­‌ی حاضر، بررسی رفتار ذرات جامد معلق در جریان گازی در گذر زمان و همچنین افت فشار ایجاد شده از ورودی راکتور تا خروجی آن می­‌باشد.

 

گام 1) تعریف هندسه و شبکه­بندی

هندسه­‌ی مدل حاضر به صورت دو ­بعدی و با استفاده از نرم‌­افزار design modeler ترسیم شده است. هندسه­‌ی مدل از یک مستطیل ساده به ابعاد 33 و 90 سانتی­متری تشکیل شده که دارای دیواره‌­های ثابت در دو طرف خود بوده و جهت جریان از ورودی به خروجی مدل، به سمت بالا می­‌باشد. شکل زیر نمایی از هندسه‌­ی ترسیمی مدل را نشان می­‌دهد.

 

 

شبکه­‌بندی مدل حاضر با استفاده از نرم­‌افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه‌­بندی به صورت سازمان یافته بوده و تعداد سلول­‌های تولیدی در مش‌­بندی معادل 24750 می‌­باشد. شکل زیر نمایی از مش‌­بندی انجام گرفته را نشان می­‌دهد.

 

گام 2) مراحل شبیه­‌سازی

برای شبیه­‌سازی مدل حاضر، چند فرض در نظر گرفته شده است که عبارتند از:

  • شبیه­‌سازی براساس دیدگاه فشاری (pressure-based) صورت گرفته است.
  • شبیه­‌سازی فقط به بررسی رفتار سیالاتی پرداخته است؛ به عبارتی دیگر، شبیه‌­سازی انتقال حرارتی انجام نگرفته است.
  • مدل حاضر از نظر زمانی ناپایا (unsteady) می­‌باشد؛ زیرا ماهیت مدل به گونه­‌ای است که رفتار ذرات در مدل با گذر زمان دچار تغییر می‌­شود.
  • اثر گرانش زمین (gravity) بر روی جریان لحاظ شده است که معادل 81 متربرمجذورثانیه و در راستای محور y در مدل حاضر می­باشد.

 

خلاصه­ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول زیر آمده است :

 

 

مدل چندفازی اویلرین (eulerian multiphase)

مدل چندفازی eulerian پیچیده­‌ترین مدل برای تعریف جریان‌­های چندفازی محسوب می­‌شود. این مدل مجموعه­‌ای از معادلات مومنتوم و بقا را برای هر یک از فازها به صورت جداگانه حل می‌­کند؛ در حالی که در روش­‌های مدلسازی چندفازی mixture و VOF، فقط معادلات برای فازهایی غیر از فاز اولیه حل می­شود. درواقع اساس کار در این مدل این است که معادلات ناویراستوکس به صورت جداگانه برای هر یک از فازها لحاظ می­‌گردد. این مدل به کوپلینگی بین فشار و ضرایب تبادل بین‌فازی دست می­‌یابد که روش کوپلینگ وابسته به نوع فازهای دربرگیرنده می­‌باشد.

به طور کلی، از مدل اویلرین برای شبیه­سازی در مواردی از جریان­های دو فازی استفاده می‌­شود که شامل موارد زیر می­‌شوند:

  • شبیه‌­سازی جریان­های حبابی (bubble)، قطره­ای (droplet) و مملو از ذرات (particle-laden) که کسر حجمی فاز پراکنده شونده بیش از ده درصد باشد
  • شبیه­‌سازی بالابرنده­‌های عمودی (riser) و سیکلون­‌ها (cyclone) به عنوان جریان گاز-جامد
  • شبیه­‌سازی انتقال نیوماتیکی برای جریان­‌های جامد-مایع (granular)
  • شبیه‌­سازی بسترهای تشکیل شده از سیال (fluidized beds) به عنوان جریان گاز-جامد
  • شبیه‌­سازی جریان­‌های دوغابی (slurry flows) به عنوان جریان مایع-جامد
  • شبیه­‌سازی رسوب­‌گذاری به عنوان جریان مایع-جامد
  • شبیه‌­سازی پدیده­‌ی تعلیق ذرات (particle suspension)
  • شبیه­‌سازی ستون­‌های حبابی (bubble column)

 

گام 3) نتایج نهایی

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای دوبعدی مربوط به فشار مخلوط، سرعت جریان گازی و ذرات جامد معلق، و کسر حجمی جریان گازی و ذرات جامد معلق در زمان­‌های صفر تا چهار ثانیه به دست آمده‌­اند. همچنین مقدار فشار موجود در مقاطع ورودی و خروجی و درنتیجه افت فشار حاصل در مدل در زمان­‌های مختلف به دست آمده و در قالب نمودار افت فشار بر حسب زمان ارائه شده است.

 

کانتور کسر حجمی ذرات جامد در زمان‌های 1 تا 4 ثانیه

 

 

کانتور سرعت جریان گازی در زمان‌های 1 تا 4 ثانیه

 

 

کانتور فشار مخلوط در زمان‌های 1 تا 4 ثانیه

مشخصات فنی : ANM-20128711

نرم افزار جانبی

Ansys Design Modeler, Ansys Meshing

رژیم های سیالاتی

انتقال حرارت, جریان های چند فازی گسسته, جریان های گسسته

رشته ها

شیمی, مکانیک

نرم افزار اصلی

ANSYS

ورژن نرم افزار اصلی

Ansys Fluent 18

دیدگاه

دیدگاهی ثبت نشده.

اولین نفری باشید که نظر می دهید برای “آموزش شبیه سازی رِاَکتور بستر سیال (گاز-جامد)”