مدل تعادل جمعیت (PBM) برای جوانه زنی (هسته زایی)، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

۳,۵۱۰,۰۰۰ تومان تخفیف دانشجویی

  • در پروژه حاضر به شبیه سازی جوانی زنی با استفاده از مدل تعادل جمعیت (PBM) در نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) پرداخته ایم.
  • هندسه سه بعدی این پروژه با نرم افزار ANSYS Design Modeler ترسیم شده است.
  • مش بندی این پروژه با نرم افزار ANSYS Meshing انجام شده و تعداد سلول های محاسباتی 112077 سلول می باشد.
  •  از مدل انتقال گونه ها (Species Transport Model) برای تعریف مخلوطی از آب، کلسیم و اگزالات به عنوان فاز اولیه استفاده کرده ایم.
  • ما از مدل چند فازی اویلری برای تعریف جریان دو فازی استفاده کرده ایم که در آن فاز ثانویه کلسیم- اگزالات است که در نتیجه یک واکنش شیمیایی ایجاد می شود.
  • از مدل تعادل جمعیت (PBM) برای مطالعه رفتار ذرات تولید شده و پیش‌بینی چگالی یا جمعیت ذرات در اندازه‌های خاص استفاده کرده ایم.
  • از یک تابع UDF برای تعریف هسته زایی و نرخ رشد در تجزیه و تحلیل PBM استفاده کرده ایم.


بر روی افزودن به سبد خرید کلید کرده و فایل های هندسه، مش و فیلم آموزشی جامع را دریافت کنید.

برای سفارش پروژه خود و یا بهره مندی از مشاوره رایگان، با کارشناسان ما از طریق ایمیل ([email protected])، پشتیبانی آنلاین و یا واتس اپ (09126238673) در ارتباط باشید.

برای کنترل کیفیت خدمات ما میتوانید از محصولات رایگان استفاده کنید.

اگر به ویدیو آموزشی هندسه و مش یک محصول نیاز دارید، میتوانید این گزینه را انتخاب کنید.

در صورتی که نیاز به مشاوره تخصصی از طریق فیلم آموزشی دارید، این گزینه پشتیبانی فنی 1 ساعته در اختیار شما قرار می دهد.

توضیحات

شرح پروژه مدل تعادل جمعیت (PBM) برای جوانه زنی (هسته زایی)

در پروژه حاضر به شبیه سازی جوانی زنی با استفاده از مدل تعادل جمعیت (PBM) در نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) پرداخته ایم.

هندسه سه بعدی این پروژه با استفاده از نرم افزار ANSYS Design Modeler ترسیم شده است.. مدل مطالعه شده شامل یک محفظه مکعب مستطیل شکل کوچک است که دو لوله زانویی را به هم متصل می کند. این محفظه دارای طول، عرض و ضخامت 12 میلی متر، 6 میلی متر و 2 میلی متر است و دو لوله ورودی دارای مقطع دایره ای به قطر 1.5 میلی متر هستند. این مدل از یک منطقه دوار و یک منطقه ثابت تشکیل شده است.

مش بندی این هندسه را با نرم افزار ANSYS Meshing انجام داده ایم. تعداد سلول های محاسباتی 112077 سلول می باشد.

روش های استفاده شده

در این پروژه ابتدا فرآیند تولید کلسیم- اگزالات مدل سازی شده و سپس PBM با استفاده از تولید، رشد و جابجایی ذرات تولیدی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. مکانیسم سیستم مورد مطالعه به گونه ای است که جریان آب حامل کلسیم و اگزالات از طریق دو لوله وارد یک محفظه می شود. از یک لوله فقط مخلوط آب با کلسیم و از لوله دیگر فقط یک جریان آب اگزالات تزریق می شود. سپس دو جریان ورودی مخلوط می شوند و یک واکنش شیمیایی رخ می دهد که در آن ترکیب کلسیم و اگزالات کلسیم-اگزالات تولید می کند. برای تعریف این فرآیند شبیه سازی در نرم افزار باید از مدل جریان چند فازی (Multiphase Flow) و مدل انتقال گونه ها (Species Transport) استفاده شود.

همچنین PBM، واکنش شیمیایی و انتقال جرم باید فعال شوند. اول، مدل چند فازی اویلری یک جریان دو فازی را تعریف می کند. فاز اولیه مخلوطی از آب، کلسیم و اگزالات است. فاز ثانویه کلسیم اگزالات است که در نتیجه یک واکنش شیمیایی ایجاد می شود. سپس یک واکنش شیمیایی در یک جریان چند فازی تعریف می شود. کلسیم و اگزالات از فاز اولیه به عنوان یک واکنش دهنده با یکدیگر واکنش می دهند و منجر به تولید کلسیم- اگزالات به عنوان یک محصول می شوند. سرعت این واکنش بر اساس آرنیوس تعریف شده است و انرژی فعال سازی واکنش برابر با 1e + 8 j.kg-1.mol-1 است. علاوه بر تعریف واکنش شیمیایی، فرآیند انتقال جرم بین مواد نیز باید تعریف شود. بنابراین سه مرحله انتقال جرم تعریف می شود تا در این سه مرحله انتقال جرم، سه ماده شامل آب، کلسیم و اگزالات به کلسیم- اگزالات تبدیل شود.
همچنین مدل انتقال گونه ها (Species Transport Model) باید مخلوطی از آب، کلسیم و اگزالات را به عنوان فاز اولیه تعریف کند. پس از تعریف فرآیند تبدیل مواد فاز اولیه به فاز ثانویه و وقوع واکنش شیمیایی، می توان الگوی رفتاری ذرات تولید شده در فاز ثانویه را بررسی کرد.
مدل تعادل جمعیت (PBM) می تواند رفتار ذرات تولید شده را مطالعه کند و چگالی یا جمعیت ذرات را در اندازه های خاص پیش بینی کند. هنگامی که چندین ذره در یک محیط تشکیل می شوند، مراحل مختلفی از جمله تشکیل هسته اولیه ذرات، رشد ذرات تشکیل شده، تجمع چند ذره کوچک و شکستن یک ذره بزرگ به ذرات کوچکتر رخ می دهد. مدل های مختلفی برای تعریف PBM در نرم افزار وجود دارد و در این شبیه سازی از روش گسسته استفاده می شود. برای تخمین جمعیت ذرات یا چگالی ذرات در هر اندازه با استفاده از این روش باید چند سطل برای اندازه ذرات مختلف تعریف شود. لازم به ذکر است که تشخیص تعداد مقوله ها و محدوده تعریف برای مقوله ها بر اساس استدلال استقرایی و چندین مرحله حل شبیه سازی در قالب آزمون و خطا می باشد.
در این شبیه سازی از 48 سطل استفاده شده است. به طوری که کوچکترین اندازه با قطر 5e-7 متر و بزرگترین اندازه ممکن برای هر ذره تا قطر حدود 2.9345e-5 متر تعریف شده است. همچنین در این شبیه سازی فرض بر این است که تجمع و شکستگی اتفاق نمی افتد و فقط فرآیندهای هسته زایی و رشد رخ می دهد. از یک تابع UDF برای تعریف نرخ هسته زایی و نرخ رشد استفاده شده است. علاوه بر این، از مدل آرام برای حل معادله جریان سیال استفاده شده است.

پس از شبیه سازی، نتایج دو بعدی مربوط به کسر جرمی گونه های شیمیایی حاضر برای اعداد بن های مختلف در زمان های مختلف به دست می آید. به عنوان مثال، یک کانتور دو بعدی مربوط به کسر حجمی فاز اولیه (شامل آب، کلسیم و اگزالات) و فاز دوم (کلسیم-اگزالات) به دست می‌آید. این خطوط نشان می دهد که کلسیم-اگزالات در اثر یک واکنش شیمیایی و انتقال جرم از فاز اولیه به فاز ثانویه تشکیل می شود. تشکیل ماده مورد نظر در ناحیه اولیه محفظه که محل اتصال دو لوله ورودی است، اتفاق می افتد.

 

Capture 2 سپس جدول مربوط به اندازه های هر دسته تعریف (bin) ارائه شده است. 48 دسته برای طبقه بندی اندازه ذرات وجود دارد که از حداقل 5e-7m در bin-47 شروع می شود و تا حداکثر در bin-0 ادامه می یابد. علاوه بر این، نمودار میله ای چگالی اعداد را بر حسب عدد bin نشان می دهیم. چگالی عددی نشان دهنده نسبت ذرات در واحد حجم است. یعنی چند ذره با حجم مورد نظر (با توجه به اندازه هر سطل) در محدوده مورد نظر قرار دارند. Capture 3 در نهایت، کانتورهای دو بعدی از کسر حجمی کلسیم اگزالات تولید شده در سطل های مختلف را به دست آوردیم. نتایج نشان می دهد که از حدود bin-30 به بعد، مقدار مواد تولید شده قابل توجه می شود. این بدان معناست که حجم ذرات تولید شده در دسته بندی بین 0 تا bin 30 نامحسوس است. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که ذرات تولید شده در اندازه‌های حجمی کوچک‌تر (بین 47 تا bin-30) تشکیل و رشد می‌کنند و در اندازه‌های حجمی بزرگ‌تر قابل‌توجه نیستند.

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

Leave a customer review

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Back To Top
جستجو
Whatsapp تماس با واتس آپ