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.