 |
مدل سه بعدی فیلتر ذرات دیزل
معرفی
این مثال میدان جریان متوسط، غلظت و توزیع دما را در یک مدل همگن فیلتر ذرات دیزل (DPF) مورد مطالعه قرار می‌دهد. فیلتر شامل یک سری کانال های موازی است که به صورت متناوب بسته می شوند. دیواره های مشترک کانال های مجاور متخلخل هستند و به گاز اجازه عبور از آنها را می دهند و در عین حال ذرات را از جریان جدا می کنند ( شکل 1 ).
شکل 1: ترسیم فیلتر ذرات دیزل. در ورودی راکتور، کانال خروجی بسته است، در حالی که در خروجی راکتور، کانال ورودی بسته است.
عوامل متعددی بر کارایی و دوام DPF تأثیر می گذارد. مسائل مهم عبارتند از حذف ذرات دوده از غشاهای فیلتر و تأثیر تنش حرارتی بر ساختار سرامیکی، تنشی که در طول چرخه های عملیاتی مکرر ایجاد می شود. مدل‌سازی ریاضی ابزار قدرتمندی برای بررسی چنین پارامترهای حیاتی تحت طیف وسیعی از شرایط عملیاتی فراهم می‌کند.
این مثال معادلات جریان همراه به اضافه جرم و انتقال حرارتی را تنظیم و حل می کند که پدیده های انتقال/واکنش را در فیلتر ذرات دیزل توصیف می کند. جنبه مهمی که نشان می دهد این است که چگونه می توانید حالت های کاربردی از پیش تعریف شده COMSOL Multiphysics را برای ارائه یک مدل ریاضی تخصصی تنظیم کنید.
تعریف مدل
در یک مدل DPF دقیق، می‌توانید کانال‌ها و غشای متخلخل را با هندسه واقعی‌شان با تنها ساده‌سازی توضیح غشاء درمان کنید. به عنوان مثال، غشاء را می توان با یک رویکرد رسانه متخلخل با استفاده از خواص انتقال موثر توصیف کرد. انتظار می‌رود جریان در کانال‌ها نزدیک به جریان آرام کاملاً توسعه‌یافته باشد، اگرچه ممکن است انحراف جزئی به دلیل جریان نسبتاً کوچک سیال روی غشاء از کانال‌های ورودی به خروجی وجود داشته باشد.
شکل 2: مقطع یک سلول واحد متشکل از یک کانال ورودی و خروجی که توسط یک غشای متخلخل از هم جدا شده اند.
به طور کلی، یک مدل دقیق از جریان در صدها یا حتی هزاران کانال که یک هندسه کامل فیلتر را تشکیل می دهند، به دلیل نیاز به قابلیت رایانه امکان پذیر نیست. با این حال، یک مدل همگن قابل تحقق است. با استفاده از چنین رویکردی، فرض کنید که مشخصات سرعت یک جریان آرام کاملاً توسعه یافته است. میانگین دبی جریان در مقطع یک کانال متناسب با گرادیان فشار در کانال است:
(1)
در اینجا u نشان دهنده سرعت جریان (m/s)، kl یک ضریب اصطکاک توده ای (m2 / ( Pa·s)) و p فشار (Pa) است.
سرعت و فشار
شما می توانید سرعت متوسط در کانال ورودی را از تعادل جرم بدست آورید. سرعت در این کانال با عبور گاز از غشای متخلخل به کانال خروجی کاهش می یابد. تقاطع گاز از یک کانال ورودی به یک کانال خروجی متناسب با اختلاف فشار در سراسر غشا فرض می شود.
شکل 3 سلول واحد هندسی مورد استفاده برای تنظیم معادلات تعادل را نشان می دهد.
شکل 3: سلول واحد هندسی برای مدل DPF همگن. هر کانال ورودی دارای دیواره های متخلخل مشترک با چهار کانال خروجی و بالعکس است.
برای یک کانال ورودی، معادله تعادل با توجه به جریان جرمی تبدیل می شود
(2)
جایی که κm نشان‌دهنده نفوذپذیری غشای متخلخل (m2 ) ، H ارتفاع کانال (m)، η نشان‌دهنده ویسکوزیته سیال (Pa·s)، δm نشان‌دهنده ضخامت غشا (m)، p1 نشان‌دهنده فشار در کانال ورودی (Pa)، و p 2 برابر فشار در کانال خروجی (Pa) است.
چگالی تابعی از فشار طبق قانون گاز ایده آل است:
(3)
در اینجا M 1 میانگین وزن مولکولی سیال (kg/mol)، Rg ثابت گاز (J/(mol·K)) و T1 دمای کانال ورودی (K) را نشان می دهد.
معادله مربوطه برای کانال خروجی است
(4)
توجه داشته باشید که عبارات منبع / سینک در معادله 2 و معادله 4 با جریان حجمی غشاء در واحد سطح یا سرعت سطحی متناسب است:
(5)
میدان‌های فشار و در نتیجه این میدان سرعت فقط در جهت x تغییر می‌کند و هر کانال ورودی توسط دیوارهای نفوذناپذیر از کانال‌های ورودی دیگر جدا می‌شود. فشار ورودی و خروجی آرایه کانال های ورودی را به یکدیگر متصل می کند. اگر نفوذپذیری غشای متخلخل، کدگذاری شده در متغیر κm ، در فیلتر متفاوت باشد، توزیع متناظری از سرعت سطحی در کانال های ورودی و خروجی حاصل می شود . علاوه بر این، میدان دما برای کل سیستم متصل است و گرما بین سلول های واحد مختلف جریان می یابد. به همین دلیل مناسب است که مدل 1 بعدی را به یک مدل سه بعدی گسترش دهیم که نفوذناپذیری دیوارهای جداکننده کانال های ورودی و خروجی در سلول های واحد مجاور را به حساب می آورد.
می توانید این نفوذ ناپذیری را با یک تانسور اصطکاکی مورب، k بیان کنید ، که در آن فقط جزء xx غیر صفر و برابر با kl است . سپس معادلات مدل را بخوانید
(6)
و
(7)
این معادلات در صورتی معتبر هستند که نفوذپذیری و ضخامت غشای متخلخل در طول فرآیند ثابت باشد، در صورتی که ذرات دوده بر روی سطح غشاء رسوب کنند، چنین نیست. با این حال، می‌توانید مدلی مشابه مدلی که قبلاً توضیح داده شد، با فرض اینکه دو غشای متخلخل کانال‌های خروجی و ورودی را از هم جدا می‌کنند، که یکی از لایه دوده تشکیل شده و دومی غشای متخلخلی است که توضیح داده شد، استخراج کنید. این رویکرد به معادلات زیر منجر می شود:
(8)
و
(9)
در اینجا a و b با معادلات تعریف می شوند
(10)
(11)
که در آن κ s نشان دهنده نفوذپذیری لایه دوده (m 2 ) و δ s برابر با ضخامت آن (m) است. سرعت جریان سطحی از طریق غشاء اکنون توسط داده می شود
(12)
در ورودی فیلتر، شرایط مرزی کانال های ورودی فشار معینی را مشخص می کند. تمام مرزهای دیگر عایق هستند، یعنی
(13)
که در آن n بردار عادی را به مرز نشان می دهد.
شرایط مرزی برای کانال های خروجی فشار را در خروجی فیلتر مشخص می کند و عایق را در تمام مرزهای دیگر اعمال می کند:
(14)
توازن جرم
ذرات دوده فقط در کانال ورودی وجود دارند زیرا به صورت یک فیلم بر روی غشای متخلخل رسوب می کنند. تعادل برای ذرات دوده، رسوب ذرات دوده را به عنوان یک سینک به شار ذرات در کانال باز معرفی می کند. این معادله حمل و نقل را نشان می دهد
(15)
که در آن c s غلظت ذرات دوده را نشان می دهد (mol/m 3 ) ، و Ds میزان انتشار ذرات دوده (m2 / s) است.
این مدل غلظت اکسیژن را با استفاده از دو موازنه جرم، یکی برای ورودی و دیگری برای کانال خروجی تعریف می کند. تعادل جرم در کانال ورودی حاوی عبارتی است که در آن اکسیژن در واکنش احتراق با دوده واکنش می دهد. تعادل جرم در کانال ورودی با معادله نشان داده می شود
(16)
که در آن c o2 غلظت اکسیژن را نشان می دهد (mol/m3 ) ، Do2 ضریب انتشار (m2/s) را نشان می دهد و Rs برابر است با سرعت واکنش برای واکنش سطحی (mol/(m2 · s )).
تعادل متناظر برای اکسیژن در کانال خروجی حاصل می شود
(17)
به اضافه شدن مدت جریان اکسیژن روی غشا به عنوان یک منبع در تعادل کانال خروجی توجه کنید.
تعادل دوده منجر به بیانی برای رشد یا مصرف لایه دوده می شود:
(18)
که در آن δ s ضخامت لایه دوده (m) را نشان می دهد، ρs نشان دهنده چگالی موثر آن (kg/m 3 ) و Ms برابر با وزن مولکولی کربن (kg/mol) است .
شرایط مرزی برای co2,1 غلظت را در ورودی تعیین می کند، در حالی که عایق برای تمام مرزهای دیگر استفاده می شود . برای c o2,2 ، از شرایط شار همرفتی در خروجی استفاده کنید و تمام مرزهای دیگر را روی عایق قرار دهید. شرایط اولیه برای هر دو c o2,1 و c o2,2 0 است .
تعادل انرژی
تعادل انرژی در راکتور از سه معادله تشکیل شده است: یکی برای کانال های ورودی، یکی برای غشاهای متخلخل و دیگری برای کانال های خروجی.
موجودی برای کانال های ورودی خوانده می شود
(19)
(20)
که در آن T 1 دما در کانال های ورودی (K)، T m دمای غشاء (K) است، C p 1 ظرفیت گرمایی گاز در کانال ورودی را نشان می دهد (J/(kg·K))، h برابر ضریب انتقال حرارت (W/(m2 · K)) و q 1 بردار شار است.
در غشاء، معادله انرژی توسط
(21)
(22)
در اینجا زیرنویس ” m ” به غشاء اشاره دارد به طوری که Tm دمای آن است، T 2 برابر با دمای کانال های خروجی (K)، C p2 به ظرفیت گرمایی گاز در کانال های خروجی اشاره دارد (J/ ( kg·K))، و h ضریب انتقال حرارت بین غشا و کانال ها است.
آخرین معادله دما را در کانال خروجی تعیین می کند:
(23)
(24)
شرایط مرزی برای کانال ورودی یک دمای معین در ورودی و عایق در تمام مرزهای دیگر است. در کانال خروجی، از شرایط شار همرفتی در خروجی استفاده کنید و تمام مرزهای دیگر را روی عایق قرار دهید. شرط اولیه دمایی برابر با دمای ورودی گاز را مشخص می کند.
برای غشاء، شار حرارتی از طریق مرزها با داده می شود
(25)
که در آن h outer نشان دهنده ضریب انتقال حرارت است و T amb برابر با دمای محیط است. دمای اولیه برابر با دمای ورودی تنظیم می شود.
هندسه فیلتر همگن
معادلات تعادل پوشش داده شده در بالا بر روی یک هندسه فیلتر سه بعدی پیاده سازی شده است. سطح مقطع فیلتر بیضی شکل، عرض 5.86 اینچ، ارتفاع 4.66 اینچ و طول فیلتر 8 اینچ است. تقارن آینه ای هندسه را به یک چهارم فیلتر کاهش می دهد.
شکل 4: تقارن هندسه مدل سازی را به یک چهارم فیلتر کامل کاهش می دهد.
مش
مش بندی لایه مرزی برای ایجاد یک شبکه متراکم تر در جهت شعاعی فیلتر، نزدیک سطح خارجی استفاده می شود. هنگام اکسترود کردن شبکه مقطعی، می توانید توزیع را بیشتر کنترل کنید تا مش متراکم تری در نزدیکی ورودی و خروجی فیلتر به دست آورید.
شکل 5: مش بندی لایه مرزی و اکستروژن مش، گسسته سازی موثر هندسه را ممکن می سازد.
نتایج و بحث
شکل 6 سرعت گاز را در امتداد کانال های فیلتر ورودی و خروجی نشان می دهد. در شروع شبیه سازی ( t = 0)، یک لایه 25- μm از دوده به طور مساوی در بالای غشاهای متخلخل کانال های ورودی توزیع می شود. اختلاف فشار روی فیلتر 50 Pa است.
پانل بالایی در شکل 7 اختلاف فشار ( p 1 – p 2 ) را در یک جفت کانال ورودی/خروجی واقع در مرکز فیلتر نشان می دهد. پانل پایینی تجمع دوده را در طول 15 دقیقه عملیات شبیه سازی شده بدون اکسیداسیون کربن نشان می دهد. همانطور که انتظار می رود، دوده عمدتاً در ورودی و انتهای کانال جمع می شود، زیرا در اینجاست که گرادیان فشار و در نتیجه سرعت غشایی بالاترین مقادیر خود را دارند.
شکل 6: سرعت گاز (m/s) در کانال های ورودی ( v 1 ، بالا) و کانال های خروجی ( v 2 ، پایین).
شکل 7: اختلاف فشار (بالا) و ضخامت لایه دوده (پایین) در امتداد یک کانال واقع در خط مرکزی فیلتر. هیچ اکسیداسیون دوده وجود ندارد.
تصویر بالای شکل 8 توزیع دمای فیلتر، Tm را نشان می دهد، زمانی که دمای گاز ورودی 550 کلوین است، و دمای محیط روی 300 کلوین تنظیم شده است. علاوه بر این، اثر اکسیداسیون دوده نادیده گرفته شده است. شیب دمایی ناشی از خنک شدن سطح بیرونی فیلتر مشهود است. تصویر پایین T m را نشان می دهد ، زمانی که اکسیداسیون دوده در نظر گرفته شده است. دمای فیلتر بیش از دمای گاز ورودی در قسمت جلویی فیلتر مشاهده می شود.
شکل 9 تکامل زمانی ضخامت لایه دوده (0-900 ثانیه) را نشان می دهد. این لایه به دلیل رسوب ذرات از فاز گاز رشد می کند و با اکسیداسیون حذف می شود. نتایج برای کانالی که در حاشیه فیلتر (بالا) و در مرکز فیلتر (پایین) قرار دارد نشان داده می شود.
شکل 8: دمای فیلتر، Tm ، زمانی که اکسیداسیون صورت نمی گیرد (بالا)، و زمانی که اکسیداسیون دوده در نظر گرفته می شود (پایین).
شکل 9: ضخامت لایه دوده در امتداد یک کانال واقع در حاشیه فیلتر (بالا) و در خط مرکزی فیلتر (پایین).
واضح است که حذف دوده در قسمت های محیطی فیلتر کارایی کمتری دارد زیرا دمای پایین تر در این نواحی نرخ اکسیداسیون را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
در نهایت، شکل 10 افت فشار را در یک جفت کانال در مرکز قرار داده شده به عنوان تابعی از زمان (0-900 ثانیه) نشان می‌دهد. مطابق با لایه دوده رو به کاهش که در شکل 9 نشان داده شده است ، افت فشار در انتهای جلویی فیلتر کاهش می یابد.
شکل 10: افت فشار در یک جفت کانال در مرکز قرار گرفته تحت تأثیر لایه دوده کاهش می یابد.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_مهندسی_واکنش_شیمیایی/راکتورهای_با_کاتالیست_متخلخل/فیلتر_ذرات_دیزل
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
یک شیمی ، سه نوع انتقال گونه های رقیق شده ، دو قانون دارسی ، سه انتقال حرارت در سیالات ، و یک رابط PDE فرم عمومی اضافه کنید.
2 | در درخت Select Physics ، Chemical Species Transport>Chemistry (شیمی) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Chemical Species Transport>Transport of Diluted Species (tds) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در جدول غلظت ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
c1_O2 |
7 | روی افزودن کلیک کنید . |
8 | در جدول غلظت ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
c2_C |
9 | روی افزودن کلیک کنید . |
10 | در جدول غلظت ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
c3_O2 |
11 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow> Porous Media and Subsurface Flow> Darcy’s Law (dl) را انتخاب کنید . |
12 | روی افزودن کلیک کنید . |
13 | در قسمت متن فشار ، p1 را تایپ کنید . |
14 | روی افزودن کلیک کنید . |
15 | در قسمت متن فشار ، p2 را تایپ کنید . |
16 | در درخت Select Physics ، Heat Transfer>Heat Transfer in Fluids (ht) را انتخاب کنید . |
17 | روی افزودن کلیک کنید . |
18 | در قسمت متن دما ، T1 را تایپ کنید . |
19 | روی افزودن کلیک کنید . |
20 | در قسمت متن Temperature ، Tm را تایپ کنید . |
21 | روی افزودن کلیک کنید . |
22 | در قسمت متن دما ، T2 را تایپ کنید . |
23 | در درخت انتخاب فیزیک ، ریاضیات> رابط های PDE> فرم عمومی PDE (g) را انتخاب کنید . |
24 | روی افزودن کلیک کنید . |
25 | در قسمت متن نام فیلد ، ds را تایپ کنید . |
26 | در جدول متغیرهای وابسته ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ds |
27 |  روی Select Dependent Variable Quantity کلیک کنید . |
28 | در کادر محاوره‌ای Physical Quantity ، طول را در قسمت متن تایپ کنید. |
29 |  روی Filter کلیک کنید . |
30 | در درخت، General>Length (m) را انتخاب کنید . |
31 | روی OK کلیک کنید . |
32 | در پنجره Model Wizard ، روی  Select Source Term Quantity کلیک کنید . |
33 | در کادر محاوره‌ای Physical Quantity ، سرعت را در قسمت متن تایپ کنید. |
34 |  روی Filter کلیک کنید . |
35 | در درخت، General>Velocity (m/s) را انتخاب کنید . |
36 | روی OK کلیک کنید . |
37 | در پنجره Model Wizard ، روی  مطالعه کلیک کنید . |
38 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
39 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای مدل را از یک فایل متنی بارگیری کنید.
پارامترهای 1
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 diesel_particulate_filter_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
تعاریف
تعاریف متغیر را از یک فایل متنی بارگیری کنید.
متغیرهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل diesel_particulate_filter_variables.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه 1
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | از لیست هواپیما ، yz-plane را انتخاب کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> هندسه صفحه
1 | در پنجره Model Builder ، روی صفحه هندسه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای هندسه صفحه ، بخش Visualization را پیدا کنید . |
3 | زیربخش تجسم درون صفحه هندسه سه بعدی را پیدا کنید . تیک Coincident entities (آبی) را پاک کنید . |
4 | تیک گزینه Intersection (سبز) را پاک کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)>بیضی 1 (e1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Ellipse کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Ellipse ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن a-semiaxis ، 5.86[in] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن b-semiaxis ، 4.66[in] را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متنی Sector angle عدد 90 را تایپ کنید . |
تقارن به شما امکان می دهد سطح مقطع را به یک چهارم بیضی کاهش دهید.
اکسترود 1 (ext1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Extrude را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Extrude ، بخش Distances را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
فواصل (متر) |
8 [در] |
4 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
شیمی (شیمی)
از آنجایی که واکنش در لایه دوده اتفاق می افتد، دمای واکنش را با دمای رابط انتقال حرارت در سیالات روی لایه دوده مرتبط کنید.
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 (ht2) را انتخاب کنید . |
واکنش 1
واکنش در سطح کاتالیزور اتفاق می افتد.
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reaction را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرمول ، C+O2+CexOy(ads)=>CO2+CexOy(ads) 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 ، Rs_factor*chem.kf_1*chem.c_O2 را تایپ کنید . |
7 | زیربخش ترتیب واکنش کلی حجمی را پیدا کنید . در قسمت Forward text، 1 را تایپ کنید . |
8 | زیربخش ترتیب واکنش کلی سطح را پیدا کنید . در قسمت Forward text، عدد 0 را تایپ کنید . |
Rs_factor در بیان نرخ واکنش بالا در Sweep پارامتریک برای مطالعه مدل با و بدون واکنش اکسیداسیون استفاده خواهد شد .
9 | قسمت Rate Constants را پیدا کنید . تیک Use Arrhenius expressions را انتخاب کنید . |
10 | در قسمت متن A f ، Af را تایپ کنید . |
11 | در قسمت متن E f ، Ef را تایپ کنید . |
فرض کنید که آنتالپی واکنش ثابت و مستقل از دما است.
12 | قسمت Reaction Thermodynamic Properties را پیدا کنید . از لیست آنتالپی واکنش ، User defined را انتخاب کنید . |
13 | در قسمت متن H ، H_ox را تایپ کنید . |
گونه های سطحی: CexOy (تبلیغات)
چگالی محل روی سطح کاتالیست ثابت نگه داشته می شود.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface species: CexOy(ads) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، برای گسترش بخش Constant Concentration/Activity کلیک کنید . |
3 | کادر کنترل تمرکز/فعالیت ثابت را انتخاب کنید . |
غلظت اکسیژن در واکنش برابر با کانال ورودی ( c1_O2 ) تنظیم می شود.
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) |
سی | متغیر | تعریف شده توسط کاربر | c_C_in |
CO2 | متغیر | تعریف شده توسط کاربر | 1 |
O2 | متغیر | c1_O2 | حل شده برای |
8 | زیربخش Surface species را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
گونه ها | نوع غلظت گونه | غلظت سطحی (MOL/M^2) |
CexOy (تبلیغات) | ثابت | 1 |
9 |  روی دکمه Show More Options در نوار ابزار Model Builder کلیک کنید . |
10 | در کادر محاوره‌ای Show More Options ، در درخت، کادر را برای گره Physics>Advanced Physics Options انتخاب کنید . |
11 | روی OK کلیک کنید . |
حمل و نقل گونه های رقیق شده (TDS)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Transport of Diluted Species (tds) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حمل و نقل گونه های رقیق شده ، برای گسترش بخش تنظیمات پیشرفته کلیک کنید . |
3 | از فهرست اصطلاح Convective ، Conservative form را انتخاب 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 Convection را پیدا کنید . |
3 | بردار u را به صورت مشخص کنید |
v1 | ایکس |
4 | قسمت Diffusion را پیدا کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
5 | در جدول D c1O2 تنظیمات زیر را وارد کنید: |
D_O2 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 |
واکنش ها 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reactions را انتخاب کنید . |
منبع جرمی اکسیژن از دو قسمت تشکیل شده است: یکی از واکنش و دیگری از جریان خروجی به لایه دوده (یا غشاء).
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای واکنش‌ها ، بخش نرخ‌های واکنش را پیدا کنید . |
4 | در قسمت نوشتاری R c1O2 ، -(4/H)*v_m*c1_O2+(4/H)*chem.Rsurf_O2 را تایپ کنید . |
جریان 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inflow را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Inflow ، بخش Concentration را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی c 0,c1O2 ، c_O2_in را تایپ کنید . |
حمل و نقل گونه های رقیق شده 2 (TDS2)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Transport of Diluted Species 2 (tds2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حمل و نقل گونه های رقیق شده ، برای گسترش بخش تنظیمات پیشرفته کلیک کنید . |
3 | از فهرست اصطلاح Convective ، Conservative form را انتخاب کنید . |
ویژگی های حمل و نقل 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Transport of Diluted Species 2 (tds2) روی Transport Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های حمل و نقل ، بخش Convection را پیدا کنید . |
3 | بردار u را به صورت مشخص کنید |
v1 | ایکس |
4 | قسمت Diffusion را پیدا کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
5 | در جدول D c2C تنظیمات زیر را وارد کنید: |
D_C | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 |
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 متنی c 2 C ، c_s0 را تایپ کنید . |
واکنش ها 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reactions را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای واکنش‌ها ، بخش نرخ‌های واکنش را پیدا کنید . |
4 | در قسمت نوشتاری R c2C ، -(4/H)*c2_C*v_m را تایپ کنید . |
تمرکز 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Concentration را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تمرکز ، بخش تمرکز را پیدا کنید . |
4 | تیک Species c2_C را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی c 0,c2C ، c_s0 را تایپ کنید . |
حمل و نقل گونه های رقیق شده 3 (TDS3)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Transport of Diluted Species 3 (tds3) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حمل و نقل گونه های رقیق شده ، برای گسترش بخش تنظیمات پیشرفته کلیک کنید . |
3 | از فهرست اصطلاح Convective ، Conservative form را انتخاب کنید . |
ویژگی های حمل و نقل 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Transport of Diluted Species 3 (tds3) روی Transport Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های حمل و نقل ، بخش Convection را پیدا کنید . |
3 | بردار u را به صورت مشخص کنید |
v2 | ایکس |
4 | قسمت Diffusion را پیدا کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
5 | در جدول D c3O2 تنظیمات زیر را وارد کنید: |
D_O2 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 |
واکنش ها 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reactions را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای واکنش‌ها ، بخش نرخ‌های واکنش را پیدا کنید . |
4 | در قسمت نوشتاری R c3O2 ، (4/H)*v_m*c1_O2 را تایپ کنید . |
در مقایسه با کانال ورودی، هیچ عبارت منبع واکنشی در کانال خروجی وجود ندارد.
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 5 را انتخاب کنید. |
قانون دارسی (DL)
مایع 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Darcy’s Law (dl)> Porous Medium 1 روی Fluid 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، قسمت Fluid Properties را پیدا کنید . |
3 | از لیست ρ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، rho1 را تایپ کنید . |
4 | از لیست μ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، eta را تایپ کنید . |
ماتریس متخلخل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Porous Matrix 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس متخلخل ، بخش ویژگی های ماتریس را پیدا کنید . |
3 | از لیست ε p ، User defined را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، 1 را تایپ کنید . |
4 | از لیست κ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، k_l*eta را تایپ کنید . |
منبع انبوه 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Mass Source را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای منبع انبوه ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | بخش منبع انبوه را پیدا کنید . در قسمت متن Q m ، -rho1*(p1-p2)*a*b/(a+b) را تایپ کنید . |
فشار 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Pressure را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات فشار ، قسمت فشار را بیابید . |
4 | در قسمت متنی p 0 ، p_inlet را تایپ کنید . |
قانون دارسی 2 (DL2)
مایع 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Darcy’s Law 2 (dl2)> Porous Medium 1 روی Fluid 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، قسمت Fluid Properties را پیدا کنید . |
3 | از لیست ρ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، rho2 را تایپ کنید . |
4 | از لیست μ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، eta را تایپ کنید . |
ماتریس متخلخل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Porous Matrix 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس متخلخل ، بخش ویژگی های ماتریس را پیدا کنید . |
3 | از لیست ε p ، User defined را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، 1 را تایپ کنید . |
4 | از لیست κ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، k_l*eta را تایپ کنید . |
منبع انبوه 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Mass Source را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای منبع انبوه ، بخش منبع انبوه را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Q m ، rho2*(p1-p2)*a*b/(a+b) را تایپ کنید . |
فشار 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Pressure را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات فشار ، قسمت فشار را بیابید . |
4 | در قسمت متن p 0 ، p_outlet را تایپ کنید . |
انتقال حرارت در سیالات (HT)
مایع 1
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 Fluid ، بخش Heat Convection را پیدا کنید . |
3 | بردار u را به صورت مشخص کنید |
v1 | ایکس |
4 | بخش هدایت حرارتی ، سیال را پیدا کنید . از فهرست k ، User defined را انتخاب کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
5 | در جدول k تنظیمات زیر را وارد کنید: |
k_gas | 0 | 0 |
6 | قسمت Thermodynamics, Fluid را پیدا کنید . از لیست نوع سیال ، گاز/مایع را انتخاب کنید . |
7 | از لیست ρ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، rho1 را تایپ کنید . |
8 | از لیست C p ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Cp_gas را تایپ کنید . |
9 | 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 1 ، T0 را تایپ کنید . |
منبع حرارت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و منبع حرارت را انتخاب کنید . |
منبع گرما توسط جریان سیال و انتقال حرارت ناشی از اختلاف دما بین کانال ورودی و لایه دوده (یا غشاء) کمک می‌کند.
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش منبع گرما را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Q 0 ، -(4/H)*rho1*Cp_gas*T1*v_m-(4/H)*ht_fg*(T1-Tm) را تایپ کنید . |
دما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Temperature را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت دما را بیابید . |
4 | در قسمت متنی T 0 ، T_inlet را تایپ کنید . |
انتقال حرارت در سیالات 2 (HT2)
مایع 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Fluids 2 (ht2) روی Fluid 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سیال ، بخش رسانایی گرما ، سیال را پیدا کنید . |
3 | از فهرست k ، User defined را انتخاب کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
4 | در جدول k تنظیمات زیر را وارد کنید: |
k_m | 0 | 0 |
0 | k_m*ani_m | 0 |
0 | 0 | k_m*ani_m |
5 | قسمت Thermodynamics, Fluid را پیدا کنید . از لیست نوع سیال ، گاز/مایع را انتخاب کنید . |
6 | از لیست ρ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، rho_m را تایپ کنید . |
7 | از لیست C p ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Cp_m را تایپ کنید . |
8 | 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 Tm ، T0 را تایپ کنید . |
منبع حرارت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و منبع حرارت را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش منبع گرما را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Q 0 ، (chem.Qs+(rho1*T1-rho2*T2)*Cp_gas*v_m-ht_fg*(2*Tm-T1-T2))/d_m را تایپ کنید . |
منبع گرما با ورودی سیال از کانال ورودی، خروجی سیال به کانال خروجی و انتقال حرارت ناشی از اختلاف دما بین لایه دوده، کانال ورودی و کانال خروجی تعیین می شود.
شار حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات Heat Flux ، بخش Heat Flux را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن q 0 ، -ht_fg*(Tm-T1) را تایپ کنید . |
شار حرارتی 2
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 | در قسمت متن q 0 ، -ht_fa*(Tm-T_amb) را تایپ کنید . |
شار حرارتی 3
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات Heat Flux ، بخش Heat Flux را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن q 0 ، -ht_fg*(Tm-T2) را تایپ کنید . |
انتقال حرارت در سیالات 3 (HT3)
مایع 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Fluids 3 (ht3) روی Fluid 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، بخش Heat Convection را پیدا کنید . |
3 | بردار u را به صورت مشخص کنید |
v2 | ایکس |
4 | بخش هدایت حرارتی ، سیال را پیدا کنید . از فهرست k ، User defined را انتخاب کنید . از لیست، مورب را انتخاب کنید . |
5 | در جدول k تنظیمات زیر را وارد کنید: |
k_gas | 0 | 0 |
6 | قسمت Thermodynamics, Fluid را پیدا کنید . از لیست نوع سیال ، گاز/مایع را انتخاب کنید . |
7 | از لیست ρ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، rho2 را تایپ کنید . |
8 | از لیست C p ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Cp_gas را تایپ کنید . |
9 | 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 2 ، T0 را تایپ کنید . |
منبع حرارت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و منبع حرارت را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش منبع گرما را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Q 0 ، (4/H)*rho2*Cp_gas*Tm*v_m-(4/H)*ht_fg*(T2-Tm) را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 5 را انتخاب کنید. |
فرم عمومی PDE (G)
فرم عمومی PDE 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>General Form PDE (g) روی General Form PDE 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فرم عمومی PDE ، بخش Conservative Flux را پیدا کنید . |
3 | بردار Γ را به صورت مشخص کنید |
-D_sl*dsx | ایکس |
-D_sl*dsy | y |
-D_sl*dsz | z |
در اینجا، dsx ، dsy و dsz به ترتیب شیب های ds در امتداد جهت های x ، y و z هستند .
4 | قسمت Source Term را پیدا کنید . در قسمت متن f ، (chem.Rsurf_C+c2_C*v_m)*M_s/rho_s را تایپ 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 ds ، ds0 را تایپ کنید . |
مش 1
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Free Triangular را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
سایز 1
1 | روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست Predefined ، Finer را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش پارامترهای اندازه عنصر کلیک کنید . |
لایه های مرزی 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary Layers کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه های مرزی ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
ویژگی های لایه مرزی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Boundary Layer Properties کلیک کنید . |
2 | فقط Edge 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی ، قسمت لایه ها را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of layers عدد 3 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن Factor Stretching ، 2 را تایپ کنید . |
جارو 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Swept کلیک کنید .
Swept کلیک کنید .توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of Elements عدد 40 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 0.1 را تایپ کنید . |
6 | چک باکس توزیع متقارن را انتخاب کنید . |
7 | تیک Reverse direction را انتخاب کنید . |
8 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
9 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
این باید مش نشان داده شده در شکل 5 را ایجاد کند .
مطالعه 1
در مرحله مطالعه ثابت، رابط PDE فرم عمومی را غیرفعال کنید تا ضخامت لایه دوده ثابت بماند.
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول، کادر حل برای فرم عمومی PDE (g) را پاک کنید . |
وابسته به زمان
یک مرحله مطالعه وابسته به زمان اضافه کنید تا مشکل گذرای کاملاً جفت شده را بررسی کنید و ضخامت لایه دوده متفاوت را در نظر بگیرید.
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Time Dependent> Time Dependent را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی زمان خروجی ، range(0,90,900) را تایپ کنید . |
جاروی پارامتریک
برای مطالعه مدل با ( Rs_factor=1 ) و بدون ( Rs_factor=0 ) یک Sweep پارامتریک اضافه کنید.
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  پارامتر Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Rs_factor (عامل سرعت واکنش اکسیداسیون) | 0 1 |
راه حل 1 (sol1)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید . |
3 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 1 را گسترش دهید ، سپس روی Direct کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای Direct ، بخش عمومی را بیابید . |
5 | از لیست حل ، PARDISO را انتخاب کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 1>Segregated 1 را گسترش دهید . |
راه حل 1 (sol1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 1>Segregated 1 ، روی Ctrl کلیک کنید تا دما ، دما (2) ، دما (3) و غلظت c1_O2 را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید . |
راه حل 1 (sol1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 1>Segregated 1 روی Concentration c2_C کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings برای Segregated Step ، در قسمت Label text Segregated Step 3 را تایپ کنید . |
3 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 1>Segregated 1 روی Concentration c3_O2 کلیک کنید . |
4 | در پنجره Settings برای Segregated Step ، در قسمت Label text Segregated Step 4 را تایپ کنید . |
5 | در پنجره Model Builder ، روی Pressure p1 کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
7 | در قسمت متغیرها ، روی  افزودن کلیک کنید . |
8 | در کادر محاوره ای افزودن ، فشار (comp1.p2) را در لیست متغیرها انتخاب کنید . |
9 | روی OK کلیک کنید . |
10 | در پنجره Model Builder ، روی Pressure p2 کلیک کنید . |
11 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
12 | در لیست متغیرها ، Pressure (comp1.p2) را انتخاب کنید . |
13 | در قسمت متغیرها ،  روی حذف کلیک کنید . |
14 | در قسمت متغیرها ، روی  افزودن کلیک کنید . |
15 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در لیست متغیرها ، دما (comp1.T1) ، دما (comp1.T2) و دما (comp1.Tm) را انتخاب کنید . |
16 | روی OK کلیک کنید . |
17 | در پنجره Settings برای Segregated Step ، روی قسمت Method and Termination کلیک کنید . |
18 | در قسمت متنی Damping Factor ، 0.9 را تایپ کنید . |
19 | در پنجره Model Builder ، روی Segregated Step 3 کلیک کنید . |
20 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
21 | در لیست متغیرها ، تمرکز (comp1.c2_C) را انتخاب کنید . |
22 | در قسمت متغیرها ،  روی حذف کلیک کنید . |
23 | در قسمت متغیرها ، روی  افزودن کلیک کنید . |
24 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در لیست متغیرها ، تمرکز (comp1.c1_O2) و تمرکز (comp1.c3_O2) را انتخاب کنید . |
25 | روی OK کلیک کنید . |
26 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
27 | از لیست حل خطی ، مستقیم، فشار (dl) را انتخاب کنید . |
28 | قسمت Method and Termination را پیدا کنید . در قسمت متنی Damping Factor ، 0.9 را تایپ کنید . |
29 | در پنجره Model Builder ، روی Segregated Step 4 کلیک کنید . |
30 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
31 | در لیست متغیرها ، تمرکز (comp1.c3_O2) را انتخاب کنید . |
32 | در قسمت متغیرها ،  روی حذف کلیک کنید . |
33 | در قسمت متغیرها ، روی  افزودن کلیک کنید . |
34 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، Concentration (comp1.c2_C) را در لیست متغیرها انتخاب کنید . |
35 | روی OK کلیک کنید . |
36 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
37 | از لیست حل خطی ، مستقیم، فشار (dl) را انتخاب کنید . |
38 | قسمت Method and Termination را پیدا کنید . در قسمت متنی Damping Factor ، 1 را تایپ کنید . |
39 | در پنجره Model Builder ، روی Lower Limit 1 کلیک کنید . |
40 | در پنجره تنظیمات برای Lower Limit ، قسمت Lower Limit را پیدا کنید . |
41 | در قسمت متنی Lower limits ( متغیرهای فیلد) ، comp1.T1 200 comp1.T2 200 comp1.Tm 200 را تایپ کنید . |
42 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Time-Dependent Solver 1 را گسترش دهید ، سپس روی Direct کلیک کنید . |
43 | در پنجره تنظیمات برای Direct ، بخش عمومی را بیابید . |
44 | از لیست حل ، PARDISO را انتخاب کنید . |
45 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Time-Dependent Solver 1>Segregated 1 را گسترش دهید . |
راه حل 1 (sol1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Time-Dependent Solver 1>Segregated 1 ، روی Ctrl کلیک کنید تا دما ، دما (2) ، دما (3) و غلظت c1_O2 را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید . |
راه حل 1 (sol1)
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 1> تنظیمات حل‌کننده > راه‌حل 1 (sol1)> حل‌کننده وابسته به زمان 1> جدا شده 1 روی Concentration c2_C کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings برای Segregated Step ، در قسمت Label text Segregated Step 4 را تایپ کنید . |
3 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 1> پیکربندی های حل کننده> راه حل 1 (sol1)> حل کننده وابسته به زمان 1> جدا شده 1 روی Concentration c3_O2 کلیک کنید . |
4 | در پنجره Settings برای Segregated Step ، در قسمت Label text Segregated Step 5 را تایپ کنید . |
5 | در پنجره Model Builder ، روی Pressure p1 کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
7 | در قسمت متغیرها ، روی  افزودن کلیک کنید . |
8 | در کادر محاوره ای افزودن ، فشار (comp1.p2) را در لیست متغیرها انتخاب کنید . |
9 | روی OK کلیک کنید . |
10 | در پنجره Model Builder ، روی Pressure p2 کلیک کنید . |
11 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
12 | در لیست متغیرها ، Pressure (comp1.p2) را انتخاب کنید . |
13 | در قسمت متغیرها ،  روی حذف کلیک کنید . |
14 | در قسمت متغیرها ، روی  افزودن کلیک کنید . |
15 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در لیست متغیرها ، دما (comp1.T1) ، دما (comp1.T2) و دما (comp1.Tm) را انتخاب کنید . |
16 | روی OK کلیک کنید . |
17 | در پنجره Settings برای Segregated Step ، روی قسمت Method and Termination کلیک کنید . |
18 | در قسمت متنی Damping Factor ، 0.7 را تایپ کنید . |
19 | در پنجره Model Builder ، روی General Form PDE کلیک کنید . |
20 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
21 | در لیست متغیرها ، متغیر وابسته ds (comp1.ds) را انتخاب کنید . |
22 | در قسمت متغیرها ،  روی حذف کلیک کنید . |
23 | در قسمت متغیرها ، روی  افزودن کلیک کنید . |
24 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در لیست متغیرها ، تمرکز (comp1.c1_O2) و تمرکز (comp1.c3_O2) را انتخاب کنید . |
25 | روی OK کلیک کنید . |
26 | در پنجره Settings برای Segregated Step ، قسمت Method and Termination را پیدا کنید . |
27 | در قسمت متنی Damping Factor ، 0.7 را تایپ کنید . |
28 | در قسمت متن تعداد تکرارها ، 2 را تایپ کنید . |
29 | در پنجره Model Builder ، روی Segregated Step 5 کلیک کنید . |
30 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
31 | در لیست متغیرها ، تمرکز (comp1.c3_O2) را انتخاب کنید . |
32 | در قسمت متغیرها ،  روی حذف کلیک کنید . |
33 | در قسمت متغیرها ، روی  افزودن کلیک کنید . |
34 | در کادر محاوره ای افزودن ، متغیر وابسته ds (comp1.ds) را در لیست متغیرها انتخاب کنید . |
35 | روی OK کلیک کنید . |
36 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
37 | از لیست حل خطی ، مستقیم، فشار (dl) را انتخاب کنید . |
38 | قسمت Method and Termination را پیدا کنید . در قسمت متنی Damping Factor ، 1 را تایپ کنید . |
39 | در پنجره Model Builder ، روی Lower Limit 1 کلیک کنید . |
40 | در پنجره تنظیمات برای Lower Limit ، قسمت Lower Limit را پیدا کنید . |
41 | در قسمت متنی Lower limits ( متغیرهای فیلد) ، comp1.T1 200 comp1.T2 200 comp1.Tm 200 را تایپ کنید . |
42 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
43 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
44 | تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
45 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
سرعت گاز، ورودی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، سرعت گاز، ورودی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید. |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست زمان (ها) ، 0 را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن عنوان ، Time=0 s، Surface: velocity(m/s)، با اکسیداسیون را تایپ کنید . |
سطح 1
1 | روی Gas velocity، inlet کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، dl.U را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار ورودی، سرعت گاز ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
سرعت گاز، خروجی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، سرعت گاز، خروجی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید. |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست زمان (ها) ، 0 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن عنوان ، Time=0 s، Surface: velocity(m/s)، با اکسیداسیون را تایپ کنید . |
سطح 1
1 | روی Gas velocity، outlet کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، dl2.U را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار سرعت گاز، خروجی ، روی  Plot کلیک کنید . |
غلظت، O2، ورودی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Concentration، O2، inlet را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
برش 1
1 | روی Concentration، O2، inlet کلیک راست کرده و Slice را انتخاب کنید . |
2 | در نوار ابزار Concentration، O2، ورودی ، روی  Plot کلیک کنید . |
غلظت، C، غشا
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Concentration، C، membrane را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
برش 1
1 | روی Concentration، C، membrane کلیک راست کرده و Slice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Transport of Diluted Species 2>Species c2_C>c2_C – Concentration – mol/m³ را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار غشاء Concentration، C، روی  Plot کلیک کنید . |
غلظت، O2، خروجی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، Concentration، O2، outlet را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
برش 1
1 | روی Concentration، O2، outlet کلیک راست کرده و Slice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، c3_O2 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Concentration، O2، outlet ، روی  Plot کلیک کنید . |
دما، Tm، بدون اکسیداسیون
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
مراحل زیر شکل 8 را ایجاد می کند .
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، دما، Tm، بدون اکسیداسیون را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید. |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های پارامتریک 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست مقدار پارامتر (Rs_factor) ، 0 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن عنوان ، Time=900 s Surface: Temperature (K)، بدون اکسیداسیون را تایپ کنید . |
سطح 1
1 | روی Temperature, Tm, no oxidation کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text Tm را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار دما، Tm، بدون اکسیداسیون ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
دما، Tm، با اکسیداسیون
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Temperature، Tm را با اکسیداسیون در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن عنوان ، Time=900 s Surface: Temperature (K)، با اکسیداسیون را تایپ کنید . |
سطح 1
1 | روی Temperature, Tm, with oxidation کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text Tm را تایپ کنید . |
4 | در دما، Tm، با نوار ابزار اکسیداسیون ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
اختلاف فشار در امتداد خط مرکزی، بدون واکنش اکسیداسیون
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، اختلاف فشار را در امتداد خط مرکزی بدون واکنش اکسیداسیون در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های پارامتریک 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (Rs_factor) ، از لیست را انتخاب کنید . |
5 | در لیست مقادیر پارامتر (Rs_factor) ، 0 را انتخاب کنید . |
6 | از لیست انتخاب زمان ، از لیست را انتخاب کنید . |
7 | در لیست بارها ، 0 را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی تفاوت فشار در امتداد خط مرکزی، بدون واکنش اکسیداسیون کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | فقط لبه 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
4 | در قسمت Expression text، p1-p2 را تایپ کنید . |
5 | در تفاوت فشار در امتداد خط مرکزی، بدون نوار ابزار واکنش اکسیداسیون، روی  Plot کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
ضخامت لایه دوده در امتداد خط مرکزی، بدون واکنش اکسیداسیون
1 | در پنجره Model Builder ، روی تفاوت فشار در امتداد خط مرکزی، بدون واکنش اکسیداسیون کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، ضخامت لایه دوده را در امتداد خط مرکزی، بدون واکنش اکسیداسیون در قسمت نوشتار برچسب ، تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب زمان ، همه را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | در پنجره Model Builder ، ضخامت لایه Soot را در امتداد خط مرکزی، بدون گره واکنش اکسیداسیون گسترش دهید ، سپس روی Line Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، ds را تایپ کنید . |
4 | در ضخامت لایه دوده در امتداد خط مرکزی، بدون نوار ابزار واکنش اکسیداسیون ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
مراحل زیر شکل 9 و شکل 10 را ایجاد می کند .
لایه دوده ds، در امتداد خط بالایی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، لایه دوده ds را در امتداد خط بالایی در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی Soot layer ds در امتداد خط بالایی کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | فقط لبه 5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Expression ، ds را تایپ کنید . |
5 | در لایه Soot ds، در امتداد نوار ابزار خط بالایی ، روی  Plot کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
لایه دوده ds، در امتداد خط مرکزی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Soot layer ds در امتداد خط بالایی کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، لایه دوده ds را در امتداد خط مرکزی در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
نمودار خطی 1
1 | در پنجره Model Builder ، لایه Soot ds را در امتداد گره خط مرکزی گسترش دهید ، سپس روی Line Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش Selection را پیدا کنید . |
3 | برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
4 | در لیست، 5 را انتخاب کنید . |
5 | فقط لبه 3 را انتخاب کنید. |
6 | در لایه Soot ds، در امتداد نوار ابزار خط مرکزی، روی  Plot کلیک کنید . |
اختلاف فشار p1-p2، در امتداد خط مرکزی 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Soot layer ds در امتداد خط مرکزی کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، اختلاف فشار p1-p2 را در امتداد خط مرکزی 1 در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
نمودار خطی 1
1 | در پنجره Model Builder ، اختلاف فشار p1-p2 را در امتداد گره خط مرکزی 1 گسترش دهید ، سپس روی Line Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، p1-p2 را تایپ کنید . |
4 | در اختلاف فشار p1-p2، در امتداد نوار ابزار خط مرکزی 1، روی  Plot کلیک کنید . |
