مدل سازی واکنش های شیمیایی: مدل سه بعدی یک راکتور یکپارچه
در یک پست وبلاگ قبلی به سینتیک واکنش و مدلسازی جریان پلاگین یک راکتور یکپارچه در سیستم اگزوز یک خودرو پرداختیم . هدف تعیین دوز ایده آل آمونیاک برای کاهش سطح اکسید نیتروژن منتشر شده در هوا بود. پس از درک شیمی مشکل ما، اکنون نوبت به بخش دوم در مجموعه وبلاگ “مدل سازی واکنش های شیمیایی” رسیده است. در اینجا، ما مراحل تولید یک مدل سه بعدی از راکتور یکپارچه خود را طی می کنیم تا اندازه و طراحی ایده آل سیستم خود را تعیین کنیم.
خلاصه سینتیک و جریان پلاگین
ابتدا اجازه دهید شما را در مورد جایی که در آخرین پست وبلاگ متوقف کردیم، آشنا کنیم . ما در حال حاضر سینتیک واکنش اکسید نیتروژن (NO) کاهش یافته توسط آمونیاک (NH3) را برای تعیین شرایط کاری ایده آل برای انجام احیا تجزیه و تحلیل کرده ایم . ما نمودارهایی را ایجاد کردیم که نشانه خوبی از محدوده نسبت NH 3 :NO به ما می داد، اما می خواستیم دقیق تر از آن باشیم. بعد، ما از یک مدل جریان پلاگین استفاده کردیم تا بفهمیم که برای کاهش NO به چه مقدار NH 3 نیاز داریم. مدل ما نسبت NH 3 :NO 1.3 را پیشنهاد کرد.
ساخت یک مدل سه بعدی از یک راکتور یکپارچه
ما اشاره کردیم که سینتیک واکنش، و در نتیجه دوز بهینه آمونیاک، بسته به دما متفاوت است و این به نوبه خود به طراحی کلی راکتور بستگی دارد. بیایید یک مدل سه بعدی کامل از راکتور یکپارچه خود بسازیم تا دریابیم که سیستم تصفیه هوا چگونه خواهد بود. با انجام این کار، ما قادر خواهیم بود که جنبه وابستگی کامل به فضا مشکل را درک کنیم. در پایان شبیه سازی ما یا دوز خود را تایید کرده و یا مطابق با آن تنظیم می کنیم. مدل رآکتور یکپارچه سه بعدی ما شامل انتقال جرم، انتقال حرارت و جریان سیال خواهد بود.
در اینجا تصویری از راکتور ما آمده است:
هندسه یک راکتور یکپارچه به طول 0.36 متر با شعاع 0.1 متر. هر کانال راکتیو دارای سطح مقطع 12.6 میلی متر 2 و کسر خالی یک بلوک کانال 0.75 است.
شیمی کاهش NO در بلوک های کانال، با دیوارهای نگهدارنده و غیرقابل نفوذ بین بلوک های کانال ها اتفاق می افتد. دامنه مدلسازی به لطف تقارن به 1/8 از هندسه راکتور یکپارچه کامل کاهش مییابد.
فرضیات در مورد مدل ما
بیایید یک رویکرد شبه همگن برای مدلسازی انبوه (صدها) کانال در راکتور در نظر بگیریم. هر کانال با معادلات انتقال جرم 1 بعدی توصیف می شود زیرا هیچ جرمی بین کانال ها رد و بدل نمی شود. اجازه دهید جریان آرام کاملاً توسعه یافته در کانال ها را نیز فرض کنیم. به این ترتیب، میدان جریان متوسط با اختلاف فشار در سراسر راکتور متناسب است. جرم و انرژی توسط جریان سیال فقط در جهت کانال منتقل می شود. دمای گاز واکنش دهنده در کانال ها و همچنین انتقال حرارت رسانا در ساختار یکپارچه و دیوارهای نگهدارنده با یک معادله انرژی توصیف می شود. این معادله از نظر اتصال کانالهای راکتور و تبدیل آن به یک مدل سهبعدی، «معامله را مهر و موم میکند». این به این دلیل است که دما هم بر سینتیک واکنش و هم تأثیر می گذاردچگالی و ویسکوزیته گاز واکنش دهنده
نتایج
پس از تعریف فیزیک خود و تنظیم مسئله، می توانیم نتایج خود را تجزیه و تحلیل کنیم.
![]() | ![]() |
تبدیل NO در راکتور یکپارچه | سطح مقطع دمای راکتور. |
در تصویر سمت چپ میبینید که میانگین تبدیل NO در پریز تا حدودی کمتر از شبیهسازی شده در مدل تک کانالی ما است که در پست وبلاگ قبلی توضیح داده شد (97.5٪ در مقابل 98.7٪). این به ما نشان می دهد که چگونه عملکرد یک کانال به موقعیت آن در راکتور بستگی دارد – قطعاً این یک مشکل سه بعدی است. در همین حال، نمودار سمت راست سطوح مقطعی از دمای راکتور را در سرتاسر نشان می دهد. بخشهای مرکزی و ورودی راکتور به دلیل واکنشهای گرمازا دماهای بالاتری را نشان میدهند، اما هرچه به آن نزدیک میشویم، به دلیل کاهش مقدار واکنشهای شیمیایی که در حال وقوع هستند و از طریق اتلاف گرما به محیط اطراف، دمای پایینتری را مشاهده میکنیم. دوباره مدل سه بعدی ما نتایج کمی متفاوت از مدل تک کاناله ما نشان می دهد: حداکثر دما در اینجا 541.5 K در مقابل 533 است. 9 K در نسخه تک کاناله. هدایت حرارتی دیوارهای پشتیبان بر حداکثر دمای سیستم ما تأثیر دارد.
از آنجایی که ما از تجزیه و تحلیل سینتیک خود می دانیم که دما بر دوز تأثیر می گذارد، باید برای تعیین دوز مناسب به نمودار انتخابی نگاه کنیم.
نمودار انتخابی: r1/r2 بیشتر از 1 است. انتخاب پذیری به نفع دوز اولیه آمونیاک ما است.
اگرچه در اینجا می توانیم ببینیم که گزینش پذیری نزدیک به مرکز راکتور کاهش می یابد، NO هنوز در سراسر سیستم کاهش می یابد.
نکته: آیا می خواهید این مدل را بسازید؟ میتوانید به فایلهای مدل و اسناد مدل راکتور یکپارچه در گالری مدل ما دسترسی داشته باشید.
مزایای مدل سازی واکنش های شیمیایی به صورت متوالی
تقسیم فرآیند شبیه سازی ما به مراحل کوچکتر (سینتیک، جریان پلاگین، مدل سه بعدی دقیق) سودمند است. راه اندازی دو مرحله اول که در پست وبلاگ قبلی ما ذکر شد نسبتاً آسان است و ما به یک مشکل کاملاً تعریف شده برای مدل سازی در مقیاس کامل رسیدیم. این مقداری از فشار شبیه سازی سه بعدی پیشرفته تر و محاسباتی سنگین را کاهش می دهد. ما همچنین یاد گرفتیم که چگونه دما و وابستگی به فضا در طول اولین گامها بر مدل ما تأثیر میگذارد و ما را قادر میسازد تا مدل کامل را کارآمدتر از آنچه که بدون این دانش میتوانیم داشتیم تنظیم کنیم. حرکت از شرایط کاملاً ترکیبی به وابستگی کامل به فضا به ما کمک کرد تا در مورد سطح مورد نظر از جزئیات در مدل کامل خود تصمیم بگیریم.
نتیجه گیری و مراحل بعدی
اکنون ما دوز آمونیاک را برای سیستم خود و همچنین نحوه عملکرد راکتور یکپارچه در مقیاس کامل را تأیید کرده ایم. این عالی است، اما در مورد سایر فیزیک ها چطور؟ این احتمال وجود دارد که سایر فیزیک ها بر عملکرد مبدل کاتالیزوری تأثیر بگذارند. برای پی بردن به این موضوع، گام بعدی ما آنالیز تنش حرارتی راکتور خواهد بود. گوش به زنگ باشید!
بیشتر خواندن
- کاهش NOx در یک مدل راکتور یکپارچه
- محصول مورد استفاده: ماژول مهندسی شیمی
سایر پست های این مجموعه
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید