0

راکتور لوله ای چند جزئی با خنک کننده ایزوترمال

View Categories

راکتور لوله ای چند جزئی با خنک کننده ایزوترمال

22 min read

PDF
راکتور لوله ای چند جزئی با خنک کننده ایزوترمال
معرفی
این مثال از ماژول مهندسی واکنش شیمیایی برای مطالعه یک واکنش اولیه، گرمازا و غیرقابل برگشت در یک راکتور لوله‌ای (فاز مایع، رژیم جریان آرام) استفاده می‌کند. راکتور از یک پوشش خنک کننده با دمای ثابت برای پایین نگه داشتن دمای خود استفاده می کند. رفتار حالت پایدار راکتور بررسی شده است. سینتیک واکنش و خواص فیزیکی گونه‌ها با رابط شیمی مدل‌سازی شده‌اند که در ماژول مهندسی واکنش شیمیایی موجود است.
بخش تعریف مدل توضیحی کلی از مدل کامل راکتور ارائه می‌کند، در حالی که دستورالعمل‌های مدل‌سازی نحوه تنظیم و حل مدل را توضیح می‌دهد.
تعریف مدل
واکنش
این واکنش تبدیل فاز مایع برگشت پذیر پروپیلن اکسید و آب به پروپیلن گلیکول به روشی است که
(1)
در گونه‌ای که پیشوند p مخفف پروپیلن است. آب بیش از حد است و به عنوان یک حلال مدل می شود. سینتیک واکنش از نظر غلظت پروپیلن اکسید مرتبه اول است:
(2)
هندسه
شکل 1 هندسه راکتور لوله ای را نشان می دهد.
شکل 1: هندسه مدل برای مدل های دو بعدی متقارن دورانی.
این سیستم با مجموعه ای از معادلات دیفرانسیل بر روی یک سطح دو بعدی توصیف می شود که نشان دهنده مقطعی از راکتور لوله ای در صفحه rz است . مرزهای آن سطح دوبعدی نشان دهنده ورودی، خروجی، دیواره راکتور و خط مرکزی است. مدل راکتور از معادلات دیفرانسیل زیر استفاده می کند: توازن جرم برای گونه، تعادل گرما، همراه با مومنتوم و تعادل جرم برای جریان سیال. با توجه به تقارن چرخشی، نرم افزار فقط باید این معادلات را برای نیمی از دامنه همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، حل کند .
معادلات مدل
توازن جرم و توازن حرارتی را در راکتورها با معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE) توصیف می کنید. معادلات به صورت زیر تعریف می شوند.
توازن جرم
(3)
که در آن D i نشان دهنده ضریب انتشار گونه i است ، Ci غلظت، u بردار سرعت جریان، و Rx سرعت واکنش است .
با استفاده از هندسه متقارن محوری دو بعدی و ضریب انتشار ثابت، این معادله مطابق با
(4)
که در آن u و w به ترتیب مولفه سرعت شعاعی و محوری را نشان می دهند.
معادلات موازنه جرم برای استفاده از رابط حمل و نقل گونه های رقیق تنظیم و حل شده است.
شرایط مرزی تعادل جرم
•
ورودی ( z  = 0)
•
در دیوار ( r  =  R )
شرایط مرزی انتخاب شده برای خروجی بیان می کند که همرفت بر انتقال به خارج از راکتور غالب است. بنابراین این شرط مرز خروجی را باز نگه می دارد و هیچ محدودیتی در غلظت ایجاد نمی کند.
•
خروجی ( z  =  L )
که در آن L طول راکتور را نشان می دهد.
تعادل انرژی در داخل راکتور
(5)
جایی که ρ نشان دهنده چگالی است، C P برابر با ظرفیت گرمایی، k هدایت حرارتی، T دما، و Δ H Rx آنتالپی واکنش است.
با استفاده از هندسه متقارن محوری دوبعدی و هدایت حرارتی ثابت، این معادله مطابقت دارد
(6)
تعادل انرژی توسط رابط انتقال حرارت در سیالات حل می شود.
شرایط مرزی تعادل انرژی
•
ورودی ( z  = 0)
•
در دیوار ( r  =  R )
که در آن T a دمای ثابت در ژاکت خنک کننده را نشان می دهد و U k یک ضریب انتقال حرارت کلی است.
در مورد تعادل جرم، شرایط مرزی در خروجی را برای تعادل انرژی انتخاب کنید تا مرز خروجی باز بماند. این شرط تنها یک محدودیت را ایجاد می کند و آن اینکه انتقال حرارت به خارج از راکتور همرفتی است.
•
خروجی ( z  =  L )
تعادل مومنتوم
جریان سیال با رابط جریان آرام مدل‌سازی می‌شود که معادلات ناویر-استوکس را برای محاسبه سرعت و فشار حل می‌کند. در ورودی، یک پروفیل جریان آرام کاملاً توسعه یافته با سرعت جریان متوسط ​​تجویز می شود. در خروجی، فشار تجویز می شود.
پارامترهای مدل
در زیر لیستی از داده های ورودی مدل آمده است. شما آنها را یا به عنوان ثابت یا به عنوان عباراتی که ثابت های دیگر را شامل می شود، تعریف می کنید. در تعریف هر پارامتر در COMSOL Multiphysics، برای نام ثابت ، از سمت چپ برابری در لیست زیر استفاده کنید و از مقدار سمت راست برابری برای عبارتی که آن را تعریف می‌کند استفاده کنید. واحد را در داخل پرانتز تایپ کنید، مانند این [mol/m^3] .
ثابت های موجود در مدل عبارتند از:
•
انرژی فعال سازی، E = 75362 J/mol
•
ضریب فرکانس، A = 16.96E12 1/h
•
ضریب انتقال حرارت کلی، بریتانیا = 1300 W/(m2 · K)
•
هدایت حرارتی مخلوط، ke = 0.559 W/(m·K)
•
دمای ورودی، T0 = 312 K
•
دمای ورودی مایع خنک کننده، Ta0 = 273 K
•
گرمای واکنش، ΔH Rx ، dHrx ​​= – 84666 J / mol
•
نرخ جریان کل، v0 = 0.1 [mol/s]/cpoxide0
•
میانگین سرعت جریان، u0 = v0/(pi*Ra^2)
•
غلظت پروپیلن اکسید در ورودی، cpoxide0 = rho_poxide/M_poxide/9[1]
•
غلظت آب، cwater0 = rho_H2O/M_H2O*(7/9)[1]
•
ظرفیت گرمایی مولی آب، cpm_H2O = 74.5 J/(mol·K)
•
شعاع راکتور، Ra = 0.1 متر
•
طول راکتور، L = 1 متر
•
وزن مولی پروپیلن اکسید، M_poxide = 58.095 گرم بر مول
•
وزن مولی آب، M_H2O = 18 گرم بر مول
•
وزن مولی پروپیلن گلیکول، M_pglycol = 76.095 گرم بر مول
•
چگالی پروپیلن اکسید rho_poxide = 830 kg/ m3
•
چگالی آب rho_H2O = 1000 کیلوگرم بر متر مکعب
•
چگالی پروپیلن گلیکول، rho_pglycol = 1040 کیلوگرم بر متر مکعب
•
ویسکوزیته دینامیکی مرجع آب (در 293 کلوین)، myref_H2O = 1 mPa·s
•
ظرفیت گرمایی مولی آب، cpm_H2O = 75.36 J/mol/K
•
تبدیل آبله توسط داده می شود
تمام سینتیک های واکنش لازم و خواص انتقال جرم در مدل با رابط شیمی گنجانده شده است.
نتایج
نمودارهای سطح برای دمای سطح و تبدیل در شکل 2 و شکل 4 نشان داده شده است . اینها نشان می دهند که در جایی که دما کم است، تبدیل کمی صورت می گیرد و بالعکس. زیرا سرعت واکنش به دما بستگی دارد. دمای پایین نزدیک به دیوار به دلیل خنک کننده است.
شکل 3 و شکل 5 پروفیل های دما و سطح تبدیل را در سه مکان در طول رآکتور نشان می دهد. هر چه واکنش‌دهنده‌ها در طول راکتور بیشتر حرکت کنند، واکنش بیشتری انجام می‌شود و دما بالاتر می‌رود. تاثیر مایع خنک کننده نیز در این شکل ها نشان داده شده است.
شکل 2: دمای راکتور.
.
شکل 3: پروفیل های دمای شعاعی.
.
شکل 4: تبدیل اکسید پروپیلن در راکتور.
.
شکل 5: پروفایل های تبدیل شعاعی برای اکسید پروپیلن.
تمرینات
برخی از تمرینات مثال زیر را می توان به راحتی با مدل انجام داد تا سیستم را بهتر درک کنید.
1
هدایت حرارتی مخلوط چگونه بر توزیع دما تأثیر می گذارد؟
2
دمای مایع خنک کننده چگونه دمای مخلوط را در خروجی کاهش می دهد؟
3
اجزای واکنش دهنده بیشتری را اضافه کنید، به عنوان مثال، یک واکنش جانبی به رابط Chemistry. این چه تاثیری بر نتایج خواهد داشت؟
4
از سینتیک واکنش های پیچیده تر استفاده کنید. واکنش را می توان به یک واکنش برگشت پذیر مرتبه دوم منتقل کرد.
منابع
1. S. Fogler, Elements of Chemical Reaction Engineering 4th ed. ، پ. 557، مثال 8-12 اثرات شعاعی در راکتور لوله ای ، پرنتیس هال، 2005.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_مهندسی_واکنش_شیمیایی/آموزش‌ها/رآکتور_لوله‌ای_چند جزیی
دستورالعمل های مدل سازی
با شروع COMSOL Multiphysics توسط Model Wizard از شما استقبال می شود . در اینجا ابعاد هندسه مدل خود و همچنین رابط های فیزیکی مورد نیاز را انتخاب می کنید. در صورتی که بخواهید مدل خود را برای افزودن رابط های فیزیکی اضافی بسط دهید، می توانید بعداً در فرآیند مدل سازی به Model Wizard بازگردید.
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی  Model  Wizard کلیک کنید .
مدل جادوگر
1
در پنجره Model  Wizard ، روی  2D  Axismetric کلیک کنید .
2
در درخت Select  Physics ، Chemical  Species  Transport>Chemistry  (شیمی) را انتخاب کنید .
این رابط می تواند برای محاسبه سینتیک واکنش و خواص انتقال حرارتی و جرمی استفاده شود.
3
روی افزودن کلیک کنید .
4
در درخت Select  Physics ، Chemical  Species  Transport>Transport  of  Diluted  Species  (tds) را انتخاب کنید .
این معادله تعادل جرم مورد نیاز برای پروپیلن اکسید و پروپیلن گلیکول را تنظیم می کند. آب یک حلال است و در اینجا به حساب نمی آید.
5
روی افزودن کلیک کنید .
6
در قسمت متنی Number  of  species ، 2 را تایپ کنید .
7
در جدول غلظت ، تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
cpoxide
cpglycol
cpoxide و cpglycol نام متغیرهای وابسته هستند که p مخفف پروپیلن است.
8
در درخت Select  Physics ، Heat  Transfer>Heat  Transfer  in  Fluids  (ht) را انتخاب کنید .
انتخاب این رابط فیزیک تعادل انرژی را به مدل اضافه می کند.
9
روی افزودن کلیک کنید .
همچنین، رابط جریان لایه ای را برای توصیف جریان سیال در راکتور تنظیم کنید .
1
در درخت Select  Physics ، Fluid  Flow>Single-Phase  Flow>Laminar  Flow  (spf) را انتخاب کنید .
2
روی افزودن کلیک کنید .
3
 روی مطالعه کلیک کنید .
4
در درخت انتخاب  مطالعه ، General  Studies>Stationary را انتخاب کنید .
نوع تجزیه و تحلیل ثابت به شما امکان می دهد رفتار حالت پایدار راکتور را بررسی کنید.
5
 روی Done کلیک کنید .
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
با افزودن پارامترها شروع کنید . می توانید نام های ثابت و مقادیر آنها را در گفتگوی پارامترها تایپ کنید . توجه داشته باشید که می توانید واحدهای محصور در پرانتز را بعد از مقادیر ثابت وارد کنید. این می تواند بسیار مفید باشد زیرا نرم افزار قادر است ثبات واحد را در طول مراحل تنظیم مدل پیگیری کند.
در این حالت، پارامترهای مدل در یک فایل متنی که وارد شده است موجود است.
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Global  Definitions روی Parameters  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید .
3
 روی Load  from  File کلیک کنید .
4
به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل multicomponent_tubular_reactor_parameters.txt دوبار کلیک کنید .
هندسه 1
حال، به تعریف هندسه راکتور بروید. در تقارن محوری دوبعدی ، نمایش راکتور لوله‌ای به یک مستطیل ساده کاهش می‌یابد.
مستطیل 1 (r1)
در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید .
با خروج از گره Geometry ، هندسه به طور خودکار ترسیم می شود . همچنین می توانید روی دکمه Build All در نوار ابزار تنظیمات کلیک کنید .
1
در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size  and  Shape را پیدا کنید .
2
در قسمت متن Width ، Ra را تایپ کنید .
3
در قسمت متن ارتفاع ، L را تایپ کنید .
4
 روی Build  All  Objects کلیک کنید .
یک متغیر برای محاسبه تبدیل اکسید پروپیلن اضافه کنید.
تعاریف
متغیرهای 1
1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  متغیرها کلیک کنید و متغیرهای محلی  را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید .
3
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام
اصطلاح
واحد
شرح
Xpoxide
(cpoxide0-cpoxide)/cpoxide0
تبدیل اکسید پروپیلن
نوع مخلوط را انتخاب کنید و ویژگی های مخلوط انتقال را برای محاسبه فعال کنید.
شیمی (شیمی)
ابتدا سینتیک واکنش و خواص مخلوط تنظیم می شود، این کار در رابط شیمی انجام می شود .
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component  1  (comp1) روی Chemistry  (chem) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای شیمی ، بخش ورودی مدل  را پیدا کنید .
3
از لیست T ، دما  (ht) را انتخاب کنید .
4
قسمت Mixture  Properties را پیدا کنید . از لیست فاز ، مایع را انتخاب کنید .
5
برای گسترش بخش Calculate  Transport  Properties کلیک کنید .
واکنش 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reaction را انتخاب کنید .
این واکنش برگشت ناپذیر است و شامل سه گونه است: پروپیلن اکسید (پوکسید)، آب و پروپیلن گلیکول (پیگلیکول).
2
در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction  Formula را پیدا کنید .
3
در قسمت متن فرمول ، poxide+H2O=>pglycol را تایپ کنید .
4
روی Apply کلیک کنید .
5
قسمت Reaction  Rate را پیدا کنید . از لیست، User  defined را انتخاب کنید .
6
در قسمت متن r j ، chem.kf_1*chem.c_poxide را تایپ کنید .
7
زیربخش ترتیب واکنش کلی حجمی را  پیدا کنید . در قسمت Forward text، 1 را تایپ کنید .
بیان واکنش را تعریف کنید و از عبارت Arrhenius داخلی برای محاسبه ثابت سرعت واکنش استفاده کنید.
8
قسمت Rate  Constants را پیدا کنید . تیک Use  Arrhenius  expressions را انتخاب کنید .
9
در قسمت متن A f ، A را تایپ کنید .
10
در قسمت متن E f ، E را تایپ کنید .
11
قسمت Reaction  Thermodynamic  Properties را پیدا کنید . از لیست منبع حرارتی  واکنش ، User defined را انتخاب کنید .
12
در قسمت متن Q ، -chem.r_1*dHrx را تایپ کنید .
در زیر هر گونه، فرمول شیمیایی مربوطه را می توان وارد کرد. وارد کردن یک فرمول شیمیایی جرم مولی گونه را می دهد و تعادل واکنش را امکان پذیر می کند.
گونه: آبله
1
در پنجره Model  Builder ، روی Species:  poxide کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش فرمول شیمیایی  را پیدا کنید .
3
تیک گزینه Enable  formula را انتخاب کنید .
4
در قسمت متن، C3H6O را تایپ کنید .
5
در قسمت متن ρ ، rho_poxide را تایپ کنید .
گونه: H2O
از آنجایی که نام گونه (H2O) یک فرمول شیمیایی است، فیلد فرمول شیمیایی قبلاً پر شده است. در نتیجه، جرم مولی نیز چنین است.
1
در پنجره Model  Builder ، روی Species:  H2O کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش Type را پیدا کنید .
3
از لیست، حلال را انتخاب کنید .
4
قسمت Chemical  Formula را پیدا کنید . در قسمت متن ρ ، rho_H2O را تایپ کنید .
5
برای گسترش بخش Transport  Expressions کلیک کنید . در قسمت متن k ، ke را تایپ کنید .
6
برای باز کردن قسمت Thermodynamic  Expressions کلیک کنید . از لیست، User  defined را انتخاب کنید .
7
در قسمت متن C p ، cpm_H2O را تایپ کنید .
گونه: pglycol
1
در پنجره Model  Builder ، روی Species:  pglycol کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش فرمول شیمیایی  را پیدا کنید .
3
تیک گزینه Enable  formula را انتخاب کنید .
4
در قسمت متن، C3H8O2 را تایپ کنید .
5
در قسمت متن ρ ، rho_pglycol را تایپ کنید .
1: poxide+H2O=>pglycol
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component  1  (comp1)> Chemistry  (chem) روی 1 کلیک کنید :  poxide+H2O=>pglycol .
2
در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction  Formula را پیدا کنید .
3
روی تعادل در گوشه سمت راست بالای بخش کلیک کنید .
همانطور که مشاهده می شود، هنگام متعادل کردن واکنش، هیچ ضرایبی در مقابل هیچ یک از گونه ها ظاهر نمی شود، به این معنی که برای تشکیل 1 مول پروپیلن گلیکول به 1 مول پروپیلن اکسید و آب نیاز است.
4
در پنجره Model  Builder ، روی Chemistry  (chem) کلیک کنید .
5
در پنجره تنظیمات برای شیمی ، بخش تطبیق گونه ها  را پیدا کنید .
6
از لیست گونه های  حل شده  ، گزینه Transport of Diluted Species را انتخاب کنید .
7
زیربخش Bulk  species را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
گونه ها
تایپ کنید
غلظت مولی
مقدار (MOL/M^3)
H2O
حلال
تعریف شده توسط کاربر
cH2O0
pglycol
متغیر
cpglycol
حل شده برای
آبله
متغیر
cpoxide
حل شده برای
8
قسمت Calculate  Transport  Properties را پیدا کنید . در قسمت متن ref μ ، myref_H2O را تایپ کنید .
9
در قسمت متن T ref ، Tref_my را تایپ کنید .
حمل و نقل گونه های رقیق شده (TDS)
در مرحله بعدی تنظیم مدل، پارامترها و عبارات منبع مورد نیاز برای معادله تعادل جرم تعریف شده برای پروپیلن اکسید و پروپیلن گلیکول را مشخص می‌کنید. همانطور که روی گره Transport of Diluted Species کلیک می کنید، بخش معادله در پنجره تنظیمات به شما می گوید که برای کدام معادلات حل می شوند. Domain Selection فهرستی از حوزه های هندسی را نشان می دهد که معادلات برای آنها اعمال می شود. توجه داشته باشید که می‌توانید مکانیسم‌های انتقال جرم موجود در معادله تعادل جرم را از طریق انتخاب‌هایی در قسمت مکانیسم‌های حمل و نقل تغییر دهید . این را می توان در هر زمانی در فرآیند مدل سازی انجام داد.
با حرکت به سمت گره ویژگی های حمل و نقل ، انتظار می رود که قابلیت انتشار پروپیلن اکسید و پروپیلن گلیکول را فراهم کنید. نام متغیرهایی که تایپ می کنید قبلاً در لیست متغیرها و پارامترها تعریف شده اند . در اینجا، امکان جفت کردن اینترفیس با سایر اینترفیس ها نیز وجود دارد. در این مثال، شما در عوض از گره Multiphysics برای انجام این کار استفاده می کنید.
ویژگی های حمل و نقل 1
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component  1  (comp1)>Transport  of  Diluted  Species  (tds) روی Transport  Properties  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ویژگی های حمل و نقل  ، بخش Diffusion را پیدا کنید .
3
در قسمت متنی D cpoxide ، chem.D_poxide را تایپ کنید .
4
در قسمت متنی D cpglycol ، chem.D_pglycol را تایپ کنید .
واکنش ها 1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reactions را انتخاب کنید .
سرعت واکنش از رابط شیمی انتخاب می شود .
1
فقط دامنه 1 را انتخاب کنید.
2
در پنجره تنظیمات برای واکنش‌ها ، بخش نرخ‌های واکنش  را پیدا کنید .
3
از لیست R cpoxide ، نرخ واکنش را  برای گونه poxide (شیمی) انتخاب کنید .
4
از لیست R cpglycol ، نرخ واکنش  برای گونه pglycol (شیمی) را انتخاب کنید .
جریان 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inflow را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 2 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای Inflow ، بخش Concentration را پیدا کنید .
4
در قسمت متنی c 0,cpoxide ، cpoxide0 را تایپ کنید .
انتخاب شرط مرزی Danckwerts راهی برای سرعت بخشیدن به محاسبات و بهبود راه حل است.
5
قسمت Boundary  Condition  Type را پیدا کنید . از لیست، Flux  (Danckwerts) را انتخاب کنید .
خروجی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 3 را انتخاب کنید.
تخصیص شرط خروجی به مرز خروجی −n * Dgrad ( c )=0 را تحمیل می کند ، یعنی انتقال جرم در سراسر مرز تحت سلطه همرفت است . توجه داشته باشید که نمایش ریاضی شرایط مرزی در بخش Equation در پنجره تنظیمات نمایش داده می شود . شرایط مرزی برای محور تقارن و همچنین شرایط بدون شار برای دیواره راکتور به طور پیش فرض تنظیم شده است.
این به تعریف تعادل جرم برای پروپیلن اکسید و پروپیلن گلیکول پایان می دهد. اکنون، به راه اندازی رابط انتقال حرارت در سیالات بروید .
انتقال حرارت در سیالات (HT)
مایع 1
ویژگی انتقال حرارت در سیالات رسانایی حرارتی، چگالی و ظرفیت حرارتی مخلوط سیال را می‌پرسد. این ها از رابط Chemistry گرفته شده اند .
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component  1  (comp1)>Heat  Transfer  in  Fluids  (ht) روی Fluid  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای سیال ، بخش رسانایی گرما  ،  سیال را پیدا کنید .
3
از لیست k ، هدایت حرارتی  (شیمی) را انتخاب کنید .
4
قسمت Thermodynamics,  Fluid را پیدا کنید . از لیست نوع سیال  ، گاز/مایع را انتخاب کنید .
5
از لیست ρ ، تراکم  (شیمی) را انتخاب کنید .
6
از لیست C p ، ظرفیت گرمایی  در فشار ثابت (شیمی) را انتخاب کنید .
7
از لیست γ ، User  defined را انتخاب کنید .
مقادیر اولیه 1
1
در پنجره Model  Builder ، روی مقادیر اولیه  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه  ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید .
3
در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید .
منبع حرارت 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و منبع حرارت  را انتخاب کنید .
یک ویژگی منبع گرما اضافه کنید تا اثر واکنش های گرمازا را همانطور که در رابط Chemistry تعریف شده است به تعادل گرمایی اضافه کنید.
2
فقط دامنه 1 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای منبع گرما  ، بخش منبع گرما را پیدا کنید .
4
از لیست Q 0 ، منبع حرارتی  واکنش ها (شیمی) را انتخاب کنید .
در مرحله بعد، شرایط مرزی را اضافه کنید که دمای ورودی، شار حرارتی بین راکتور و ژاکت خنک کننده و شرایط خروجی را در خروجی مشخص می کند.
دما 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Temperature را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 2 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات دما ، قسمت دما را بیابید .
4
در قسمت متنی T 0 ، T0 را تایپ کنید .
شار حرارتی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat  Flux را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 4 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات Heat  Flux ، بخش Heat  Flux را پیدا کنید .
4
از لیست نوع شار  ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید .
5
در قسمت متن h ، Uk را تایپ کنید .
6
در قسمت متن T ، Ta0 را تایپ کنید .
خروجی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 3 را انتخاب کنید.
حال، به رابط Laminar Flow بروید .
جریان آرام (SPF)
خواص سیالات 1
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component  1  (comp1)> Laminar  Flow  (spf) روی Fluid  Properties  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای ویژگی‌های سیال  ، قسمت ویژگی‌های سیال را پیدا کنید .
3
از لیست ρ ، تراکم  (شیمی) را انتخاب کنید .
4
از لیست μ ، ویسکوزیته دینامیکی  (شیمی) را انتخاب کنید .
فرض کنید که جریان هنگام ورود به راکتور دارای الگوی جریان آرام است.
ورودی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 2 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای ورودی ، بخش Boundary  Condition را پیدا کنید .
4
از لیست، جریان کاملاً  توسعه یافته  را انتخاب کنید .
5
قسمت Fully  Developed  Flow را پیدا کنید . در قسمت متن U av ، u0 را تایپ کنید .
خروجی 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 3 را انتخاب کنید.
در آخر، رابط ها را با گره Multiphysics جفت کنید .
چند فیزیک
جریان غیر گرمایی 1 (nitf1)
در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics  Couplings کلیک کنید و Domain>Nonisothermal  Flow را انتخاب کنید .
جریان واکنش، گونه رقیق شده 1 (rfd1)
در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics  Couplings کلیک کنید و Domain>Reacting  Flow،  Diluted  Species را انتخاب کنید .
این کار راه اندازی رابط های فیزیک را تکمیل می کند. مرحله بعدی فرآیند مدل سازی شامل مش بندی است.
مش 1
با دنبال کردن مراحل زیر، هندسه را با یک مش گسسته خواهید کرد . این نرم افزار هنگام اعمال روش اجزای محدود برای حل عددی معادلات دیفرانسیل جزئی از مش استفاده می کند. در این مدل خاص شما یک مش Mapped ایجاد خواهید کرد . این تکنیک مش بندی اغلب انتخاب خوبی برای هندسه های ساده است زیرا امکان کنترل دقیق بر توزیع مش را فراهم می کند. مش در نزدیکی ورودی راکتور و دیواره بیرونی راکتور متراکم است. این برای حل غلظت شدید و گرادیان دمای مورد انتظار زمانی که راکتور تحت شرایط غیر گرمایی کار می کند مورد نیاز است.
نقشه برداری 1
در نوار ابزار Mesh ، روی  Mapped کلیک کنید .
توزیع 1
1
روی Mapped  1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید .
ابتدا 50 خط مش عمودی را با انتخاب مرزهای ورودی و خروجی و با استفاده از تنظیمات توزیع از پیش تعریف شده تنظیم کنید. سپس به همین روش، خطوط افقی را برای تکمیل مش Mapped تنظیم کنید .
2
فقط مرزهای 2 و 3 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید .
4
از لیست نوع توزیع  ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید .
5
در قسمت متنی Number  of  Elements عدد 50 را تایپ کنید .
6
در قسمت متن نسبت عنصر ،  0.01 را تایپ کنید .
7
از لیست نرخ رشد  ، نمایی را انتخاب کنید .
8
تیک Reverse  direction را انتخاب کنید .
توزیع 2
1
در پنجره Model  Builder ، روی Mapped  1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید .
2
فقط مرزهای 1 و 4 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید .
4
از لیست نوع توزیع  ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید .
5
در قسمت متنی Number  of  element ، 200 را تایپ کنید .
6
در قسمت متن نسبت عنصر ،  0.01 را تایپ کنید .
7
از لیست نرخ رشد  ، نمایی را انتخاب کنید .
8
تیک Reverse  direction را انتخاب کنید .
9
در پنجره Model  Builder ، روی Mesh  1 کلیک راست کرده و Build  All را انتخاب کنید .
شکل زیر مش ایجاد شده را نشان می دهد.
مطالعه 1
مدل را حل کنید.
1
در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید .
دستورالعمل های زیر شکل 2 تا شکل 5 را تولید می کند .
دو مورد از این موارد مستلزم تنظیم دو نوع مجموعه داده است: مجموعه داده‌های Cut Line 2D و Mirror 2D .
نتایج
Cut Line 2D 1
1
در نوار ابزار نتایج ، بر روی  Cut  Line  2D کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Cut  Line  2D ، بخش Line  Data را پیدا کنید .
3
در ردیف  2 ، r را روی Ra تنظیم کنید .
4
کادر بررسی خطوط موازی اضافی  را انتخاب کنید .
5
در قسمت متنی Distance ، 0.5*L 1*L را تایپ کنید .
آینه 2 بعدی 1
1
در نوار ابزار نتایج ، روی  More  Datasets کلیک کنید و Mirror  2D را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Mirror  2D ، روی قسمت Advanced کلیک کنید .
3
تیک Remove  element  on  the  Symmetry  axis را انتخاب کنید .
این تنظیم محور تقارن در شکل را حذف می کند و نمودارهای حاصل را تمیزتر نشان می دهد.
4
 روی Plot کلیک کنید .
با طرح های Mirror 2D شروع کنید . برای ایجاد نمودار 2 بعدی دمای آینه ای به صورت زیر عمل کنید ( شکل 2 ).
دما، سطح (آینه ای)
1
در نوار ابزار نتایج ، روی  2D  Plot  Group کلیک کنید .
2
در پنجره Settings for 2D  Plot  Group ، بخش Data را پیدا کنید .
3
از لیست Dataset ، Mirror  2D  1 را انتخاب کنید .
4
در قسمت نوشتار Label ، Temperature، surface (mirrored) را تایپ کنید .
5
برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان  ، هیچکدام را انتخاب کنید .
6
قسمت Color  Legend را پیدا کنید . تیک Show  units را انتخاب کنید .
7
قسمت Plot  Settings را پیدا کنید .
8
چک باکس x-axis  label را انتخاب کنید . در فیلد نوشتاری مرتبط، Radial Location (m) را تایپ کنید .
9
کادر بررسی برچسب محور y  را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، موقعیت محوری (m) را تایپ کنید .
سطح 1
1
روی Temperature،  سطح  (Mirrored) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component  1  (comp1)>Heat  Transfer  in  Fluids>Temperature>T  –  Temperature  –  K را انتخاب کنید .
3
 روی دکمه Zoom  Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
4
در نوار ابزار دما، سطح (آینه ای) ، روی  Plot کلیک کنید .
نمودار دما، سطح آینه 2 بعدی را کپی کنید تا تبدیل، نمودار سطح آینه 2 بعدی، شکل 4 .
تبدیل، سطح (آینه ای)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Temperature,  surface  (mirrored) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی  ، Conversion, surface (mirrored) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید.
سطح 1
1
در پنجره Model  Builder ، گره Conversion,  surface  (mirrored) را گسترش دهید ، سپس روی Surface  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace  Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component  1  (comp1)>Definitions>Variables>Xpoxide  –  Conversion  of  propylene  oxide را انتخاب کنید .
3
 روی دکمه Zoom  Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
4
در نوار ابزار Conversion, surface (mirrored) روی  Plot کلیک کنید .
دما، پروفیل ها
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add  Plot  Group کلیک کنید و 1D  Plot  Group را انتخاب کنید .
با نمودارهای Cut Line 2D ادامه دهید . ابتدا نمودار دما را با یک گروه پلات 1 بعدی با نمودار خطی ایجاد کنید ، شکل 3 .
1
در پنجره Settings for 1D  Plot  Group ، Temperature, profiles را در قسمت Label text وارد کنید.
2
قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Cut  Line  2D  1 را انتخاب کنید .
3
برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان  ، هیچکدام را انتخاب کنید .
4
قسمت Plot  Settings را پیدا کنید .
5
چک باکس x-axis  label را انتخاب کنید . در فیلد نوشتاری مرتبط، Radial Location (m) را تایپ کنید .
6
کادر بررسی برچسب محور y  را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Temperature (K) را تایپ کنید .
7
قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست Layout ، ناحیه محور گراف بیرونی  را انتخاب کنید .
نمودار خطی 1
1
روی Temperature،  profiles کلیک راست کرده و Line  Graph را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای نمودار خط  ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Fluids>Temperature>T – Temperature – K را انتخاب کنید .
3
برای گسترش بخش Coloring  and  Style کلیک کنید . زیربخش Line  style را پیدا کنید . از لیست Line ، Solid را انتخاب کنید .
4
از لیست رنگ ، چرخه را انتخاب کنید .
5
برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show  legends را انتخاب کنید .
6
از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید .
7
در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
افسانه ها
ورودی
موقعیت نیمه محوری
پریز
8
در نوار ابزار دما، پروفایل ها ، روی  Plot کلیک کنید .
نمودار Cut Line 2D Temperature, profile را کپی کنید تا یک نمودار Conversion, Cut Line 2D ایجاد کنید ، شکل 5 .
تبدیل، پروفایل
1
در پنجره Model  Builder ، روی Temperature,  profiles کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی  ، Conversion, profiles را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید.
3
قسمت Plot  Settings را پیدا کنید . در قسمت نوشتاری برچسب محور y  ، Conversion را تایپ کنید .
نمودار خطی 1
1
در پنجره Model  Builder ، گره Conversion,  profiles را گسترش دهید ، سپس روی Line  Graph  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای نمودار خط  ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables>Xpoxide – Conversion of propylene oxide را انتخاب کنید .
3
در نوار ابزار Conversion, profiles ، روی  Plot کلیک کنید .
What are your Feelings