 |
هالوژن زدایی هیدروکربن در یک میکروراکتور پر پیچ و خم
معرفی
حذف گروه های هالوژن از هیدروکربن ها یک مرحله واکنش مهم در چندین فرآیند شیمیایی است. یکی از کاربردها تصفیه آب است. نمونه های دیگر شامل سنتز آلی است، جایی که حذف گروه های هالوژن به عنوان نقطه شروع برای واکنش های جفت شدن کربن-کربن عمل می کند. به طور معمول، بریدگی پیوند کربن-هالوژن توسط کاتالیزورهای فلزات گرانبها بر پایه پلاتین یا پالادیوم فعال می شود.
مدلی که در اینجا ارائه شده است، هالوژن زدایی هیدروکربن را همانطور که در یک ریزراکتور رخ می دهد نشان می دهد. واکنش دهنده ها از توده سیال به سطوح کاتالیزوری در دیواره های راکتور منتقل می شوند و در آنجا واکنش می دهند. ابتدا یک مدل مستقل از فضا را با استفاده از رابط مهندسی واکنش، تجزیه و تحلیل دو واکنش رقیب ایجاد می کنید. سپس، سینتیک واکنش را صادر می کنید و یک مدل وابسته به فضا از ریزراکتور را تنظیم و حل می کنید.
تعریف مدل
جذب هیدروکربن های هالوژنه بر روی سطح کاتالیزور پلاتین منجر به جدا شدن پیوند هالوژن کربن می شود. سپس قطعات هیدروکربنی تحت واکنش های هیدروژناسیون یا جفت شدن قرار می گیرند. طرح زیر واکنش های کلی یک گونه هیدروکربنی برم دار را نشان می دهد.
شکل 1: هالوژن زدایی RBr می تواند منجر به هیدروژناسیون یا جفت شدن قطعات هیدروکربنی شود.
سرعت واکنش عبارتند از:
و
که در آن ثابت های سرعت با عبارت Arrhenius داده می شوند:
(1)
در معادله 1 ، A ضریب فرکانس، و E انرژی فعال سازی است (واحد SI: J/mol). گفته می شود که گونه های فله ای در آب حل می شوند. جدول زیر مقادیر پارامترهای آرنیوس را برای دو واکنش فهرست می کند.
فاکتور فرکانس | انرژی فعال سازی | |
واکنش 1 | 2e-3[m/s] | 10e3 [J/mol] |
واکنش 2 | 1e-3[m^4/(mol*s)] | 30e3 [J/mol] |
مدل راکتور ایده آل
معادله موازنه جرم برای یک راکتور جریان از طریق
(2)
که در آن F نرخ جریان مولی (واحد SI: mol/s)، V حجم راکتور (واحد SI: m 3 )، و R i عبارت خالص واکنش (واحد SI: mol/(m3 · s)) است. اگر راکتور دارای مقطع ثابت و سرعت جریان ثابت باشد، سمت چپ معادله 2 را می توان به صورت بازنویسی کرد.
بنابراین تعادل جرمی راکتور تبدیل می شود
(3)
که در آن τ نشان دهنده زمان اقامت است (واحد SI: s). فرض سرعت جریان ثابت برای مایعات یا مایعات تراکم ناپذیری که اثر دما بر چگالی کم است معتبر است. معادله 3 با معادله تعادل راکتور دسته ای یکسان است، با این تفاوت که زمان ماند جایگزین زمان واکنش می شود. بنابراین می توانید از نوع راکتور دسته ای هنگام حل مدل در ماژول مهندسی واکنش شیمیایی استفاده کنید.
مدل ایده آل راکتور به طور پیش فرض فرض می کند که واکنش ها در کل حجم راکتور انجام می شود. در مدل ریز راکتور سه بعدی، واکنش ها در سطوح کاتالیزوری واقع در دیواره های راکتور رخ می دهد. برای اینکه مدل ایده‌آل نشان‌دهنده یک راکتور با واکنش‌های سطحی باشد، معادله 3 باید با ناحیه واکنش در هر حجم راکتور مقیاس شود. مقیاس بندی معادلات راکتور ایده آل بر اساس ابعاد ریز راکتور، مدل های 1 بعدی و سه بعدی را قابل مقایسه می کند. نسبت مساحت به حجم است
که در آن W عرض کانال (واحد SI: m)، H ارتفاع کانال (واحد SI: m)، و L طول یک بخش راکتیو (واحد SI: m) است. معادله راکتور ایده آل مقیاس شده است
توجه داشته باشید که عبارت خالص واکنش ( Ri ) در این مورد نشان دهنده واکنش های سطحی است (واحد SI: mol/(m2 · s)).
مدل وابسته به فضا
رآکتور در نظر گرفته شده در این مثال شامل یک کانال پرپیچ و خم است که به بخش های آداپتور ورودی و خروجی مجهز شده است، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است .
شکل 2: هندسه ریز راکتور.
در بخش های مستقیم راکتور، دیواره های کانال تا حدی با کاتالیزور پلاتین پوشیده شده اند. از آنجایی که آب با مقادیر کمی از هیدروکربن برم دار از طریق راکتور جریان می یابد، واکنش های dehalogenation در سطوح کاتالیزوری رخ می دهد.
تعادل های حرکتی
جریان در کانال با رابط جریان آرام با حل معادلات ناویر-استوکس غیرقابل تراکم ثابت مدل‌سازی می‌شود:
در اینجا μ ویسکوزیته دینامیکی (واحد SI: N·s/m 2 ) ، u سرعت (واحد SI: m/s)، ρ چگالی سیال (واحد SI: kg/m 3 ) و p فشار (واحد SI: Pa).
همانطور که شرایط مرزی نشان می دهد، اختلاف فشار جریان را از طریق راکتور هدایت می کند
هر شرایط فشار همراه با یک شرایط تنش چسبناک در حال محو شدن در مرز مشخص می شود
در دیوار سرعت صفر است
توازن جرم
موازنه جرم با رابط حمل و نقل گونه های رقیق تنظیم می شود و معادلات انتشار-همرفت را در حالت ثابت حل می کند:
در اینجا D i ضریب انتشار (واحد SI: m 2 / s)، c i غلظت گونه (واحد SI: mol/m 3 ) و u برابر با سرعت (واحد SI: m/s) است.
فرض می شود که نفوذ گونه های واکنش دهنده به دما بستگی دارد
هیچ واکنشی در حجم مایع رخ نمی دهد. در عوض، واکنش ها در سطوح کاتالیزوری انجام می شود. بنابراین شارهای مرزی در سطوح کاتالیزوری تبدیل می شوند
که در آن R i عبارت واکنش را نشان می دهد.
شرایط ورودی برابر با غلظت ورودی است
در خروجی، انتقال جرم با تنظیم شار انتشار بر روی صفر، تحت تأثیر همرفت قرار می‌گیرد.
همان شرط بدون شار نیز در تمام مرزهایی که سرعت صفر است اعمال می شود.
نتایج و بحث
ابتدا نتایج مدل راکتور ایده آل را که با استفاده از رابط مهندسی واکنش تنظیم و حل کرده اید، مرور کنید.
شکل 3 تا شکل 5 پروفایل غلظت واکنش دهنده و محصولات را به عنوان تابعی از زمان ماند نشان می دهد که در 288 K، 343 K، و 363 K
شکل 3: غلظت گونه های RBr، RH، و RR به عنوان تابعی از زمان اقامت. واکنش ها در 288 K رخ می دهد.
شکل 4: غلظت گونه های RBr، RH و RR به عنوان تابعی از زمان اقامت. واکنش ها در 343 K رخ می دهد.
شکل 5: غلظت گونه های RBr، RH، و RR به عنوان تابعی از زمان اقامت. واکنش ها در 363 K رخ می دهد.
واکنش جفت شدن هیدروکربن انرژی فعال سازی بالاتری دارد و از این رو نسبت به واکنش هیدروژناسیون به دما حساس تر است ( جدول 1 را ببینید ). نمودارهای غلظت راکتورهای ایده آل این اثر را کاملاً واضح نشان می دهد. در 288 K، محصول هیدروژناسیون RH غالب است، در حالی که در 363 K محصول جفت برجسته تر است. قابل ذکر است، در 343 کلوین، وابستگی غلظت به سرعت واکنش تشدید می‌شود، به طوری که RBr فقط در τ کوتاه‌تر و RH در τ طولانی‌تر غالب است .
اگرچه هدف اولیه ممکن است حذف واکنش دهنده هالوژنه، RBr باشد، اما ممکن است تنظیم شرایط واکنش به گونه ای باشد که مطلوب ترین محصول جانبی تشکیل شود. مدل حاضر نشان می دهد که چگونه چنین جنبه های طراحی را می توان به راحتی با ماژول مهندسی واکنش شیمیایی بررسی کرد.
مجموعه بعدی نتایج به مدل وابسته به فضا یک ریزراکتور پرپیچ و خم اشاره دارد.
شکل 6 سرعت میدان جریان آرام را در راکتوری که در 363 کلوین کار می کند را نشان می دهد. جریان توسط اختلاف فشار 1500 Pa بین ورودی و خروجی هدایت می شود. حداکثر سرعت حاصل تقریباً 18 میلی متر بر ثانیه است.
شکل 6: میدان سرعت در راکتور که در آن اختلاف فشار بین ورودی و خروجی 1500 Pa است.
شکل 7 توزیع غلظت واکنش دهنده RBr را در راکتور نشان می دهد. در دمای نسبتاً بالا، 363 کلوین، غلظت خروجی 7.4 mol/m3 است .
شکل 7: توزیع غلظت واکنش دهنده هالوژنه RBr. خواص حمل و نقل و سرعت واکنش در 363 K ارزیابی شده است.
با کارکرد راکتور در 288 K، غلظت خروجی RBr 11.1 mol/m3 است .
شکل 8: توزیع غلظت واکنش دهنده هالوژنه RBr. خواص انتقال و سرعت واکنش در 288 K ارزیابی می شود.
با قضاوت از نتایج مدل‌های راکتور ایده‌آل، یک اثر دمایی بارزتر انتظار می‌رود، زیرا هم سرعت واکنش و هم انتشار گونه‌ها به طور قابل‌توجهی در دماهای بالاتر افزایش می‌یابد. دلیل این تأثیر ظاهراً متوسط بر تبدیل این است که افزایش دما بر جریان نیز تأثیر می گذارد.
افزایش دما از 282 کلوین به 363 کلوین، ویسکوزیته آب را از 1.2·10-3 به 3.2·10-4 Pa ·s کاهش می دهد. این به طور خودکار توسط خواص سیال وابسته به دما در نظر گرفته می شود. همانطور که جریان از طریق راکتور توسط یک اختلاف فشار ثابت هدایت می شود، با کاهش ویسکوزیته سرعت افزایش می یابد. نتایج همچنین نشان می‌دهد که حداکثر سرعت سیال در 363 کلوین بیشتر از 282 کلوین است و در نتیجه زمان ماند کوتاه‌تر می‌شود.
در نهایت، غلظت واکنش‌دهنده و محصولات را در طول راکتور در مدل سه بعدی با غلظت‌های پیش‌بینی‌شده توسط مدل 0D مقایسه کنید ( شکل 9).). روند کلی برای هر دو مدل 0D و 3D مشابه است. نتایج مربوط به غلظت RH در مدل سه بعدی با پیش‌بینی مدل 0D مطابقت دارد. با این حال، غلظت واکنش دهنده RBr بیشتر است و غلظت RR در راکتور سه بعدی نسبت به پیش بینی 0D کمتر است. دلیل آن این است که در سه بعدی، انتشار واکنش دهنده RBr به سمت سطوح فعال کاتالیزوری مدل شده است. همانطور که واکنش در سطح ادامه می یابد، غلظت واکنش دهنده توسط سرعت انتشار محدود می شود. با این حال، در مدل 0D، واکنش ها در غلظت های توده ای رخ می دهند. غلظت نزدیک به صفر در سطح کاتالیزوری، سرعت واکنش مرتبه دوم را بیشتر از واکنش مرتبه اول کاهش می دهد. بنابراین، راکتور واقعی گزینش پذیری بالاتری برای محصول RH نسبت به آنچه مدل 0D پیش بینی می کند، دارد.
شکل 9: غلظت واکنش دهنده RBr و محصولات RH و RR، از هر دو مدل 0D (خطوط) و مدل 3D (خطوط با نشانگر). تمام داده‌ها برای بالاترین دما، 363 کلوین است. طول راکتور فقط شامل طول هر بخش کاتالیزوری می‌شود، و نه پیچ‌های بین آنها که هیچ واکنشی رخ نمی‌دهد.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_مهندسی_واکنش_شیمیایی/رآکتورهای_با_انتقال_انبوه/رآکتور_پیچ‌پیچ
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  0D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Chemical Species Transport>Reaction Engineering (re) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
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 tortuous_reactor_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
مهندسی واکنش (دوباره)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Reaction Engineering (re) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مهندسی واکنش ، بخش تعادل انرژی را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، T_iso را تایپ کنید . |
شما برای یک سیستم همدما در سه دمای مختلف حل خواهید کرد.
4 | قسمت Mixture Properties را پیدا کنید . از لیست فاز ، مایع را انتخاب کنید . |
همانطور که در معادله 3 توضیح داده شد، اگر سرعت ثابت باشد، می توانید از یک راکتور دسته ای برای مدل سازی یک سیستم جریان استفاده کنید. نوع راکتور دسته ای انتخاب پیش فرض رابط مهندسی واکنش است .
به منظور تنظیم واکنش‌های شیمیایی که فرآیند dehalogenation را توصیف می‌کنند، یک گونه سطحی AS(ads) به دو واکنش سطحی زیر معرفی می‌شود. در مهندسی واکنش ، در صورتی که هر گونه سطحی در واکنش شرکت داشته باشد، واکنش به عنوان واکنش سطحی تعریف می شود.
واکنش 1
1 | در نوار ابزار Reaction Engineering ، روی  Reaction کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Formula text RBr+AS(ads)=>RH را تایپ کنید . |
4 | قسمت Reaction Rate را پیدا کنید . از لیست، User defined را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن r j ، re.kf_1*re.c_RBr را تایپ کنید . |
6 | زیربخش ترتیب واکنش کلی سطح را پیدا کنید . در قسمت Forward text، عدد 0 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Rate Constants را پیدا کنید . تیک Use Arrhenius expressions را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متن A f ، A1 را تایپ کنید . |
9 | در قسمت متن E f ، E1 را تایپ کنید . |
واکنش 2
1 | در نوار ابزار Reaction Engineering ، روی  Reaction کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction ، بخش Reaction Formula را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Formula text 2RBr+AS(ads)=>RR را تایپ کنید . |
4 | قسمت Reaction Rate را پیدا کنید . از لیست، User defined را انتخاب کنید . |
5 | زیربخش ترتیب واکنش کلی سطح را پیدا کنید . در قسمت Forward text، عدد 0 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن r j ، re.kf_2*re.c_RBr^2 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Rate Constants را پیدا کنید . تیک Use Arrhenius expressions را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متن A f ، A2 را تایپ کنید . |
9 | در قسمت متن E f ، E2 را تایپ کنید . |
گونه های سطحی: AS(تبلیغات)
گونه سطحی AS(ads) به عنوان کاتالیزور عمل می کند. غلظت آن ثابت است.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface species: AS(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 . |
واکنش کاتالیزوری فقط روی دیواره های راکتور انجام می شود و نه در کل حجم راکتور. این با تعریف نسبت سطح به حجم محاسبه می شود. انجام این کار به شما این امکان را می دهد که این راکتور 1 بعدی ایده آل را با راکتور سه بعدی که در قسمت دوم این مثال مدل می کنید مقایسه کنید.
4 | در پنجره Model Builder ، روی Reaction Engineering (re) کلیک کنید . |
5 | در پنجره تنظیمات برای مهندسی واکنش ، بخش Reactor را پیدا کنید . |
6 | زیربخش ناحیه واکنش سطحی را پیدا کنید . روی دکمه نسبت سطح به حجم کلیک کنید . |
7 | در قسمت متن a 1/H را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه گونه های حجمی را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
گونه ها | غلظت (MOL/M^3) |
RBr | c_RBr0 |
RH | c_RH0 |
RR | c_RR0 |
4 | قسمت Surface Species Initial Values را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
گونه ها | غلظت سطحی (MOL/M^2) | شماره اشغال سایت (1) |
AS (تبلیغات) | c_As0_ads | 1 |
مطالعه 1
با انتخاب نوع راکتور و ورودی سینتیک شیمیایی شما آماده حل مدل راکتور ایده آل هستید. با دنبال کردن مراحل زیر، یک جارو کمکی برای حل مدل برای سه دمای مختلف تنظیم خواهید کرد.
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Time Dependent کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به Time Dependent ، برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . |
3 | کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
4 |  روی افزودن کلیک کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
T_iso (دمای راکتور (K)) | 288 343 363 | ک |
6 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
غلظت مدل 0D
در پنجره Settings for 1D Plot Group ، Concentrations 0D model را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره مدل Concentrations 0D را گسترش دهید ، سپس روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/راه حل 1 (sol1) را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
این مجموعه داده شامل نتایج ذخیره شده از جابجایی کمکی است. می‌توانید نتایج را با انتخاب ورودی‌های فهرست‌های انتخاب پارامترها و سپس کلیک کردن روی دکمه Plot مرور کنید .
5 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب پارامتر (T_iso) ، از لیست را انتخاب کنید . |
6 | در لیست مقادیر پارامتر (T_iso (K)) ، 288 را انتخاب کنید . |
7 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
این انتخاب زمان (اقامت) در محور x طرح را به شما می دهد.
8 | در نوار ابزار مدل Concentrations 0D ، روی  Plot کلیک کنید . |
9 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
10 | قسمت Data را پیدا کنید . در لیست مقادیر پارامتر (T_iso (K)) ، 343 را انتخاب کنید . |
11 | در نوار ابزار مدل Concentrations 0D ، روی  Plot کلیک کنید . |
12 | در لیست مقادیر پارامتر (T_iso (K)) ، 363 را انتخاب کنید . |
13 | در نوار ابزار مدل Concentrations 0D ، روی  Plot کلیک کنید . |
مهندسی واکنش (دوباره)
ویژگی Generate Space-Dependent Model به طور خودکار رابط های فیزیکی را برای مدل سازی سیستم های وابسته به فضا و زمان تنظیم می کند. این فرآیند از مدل در رابط مهندسی واکنش به عنوان مرجع برای راه اندازی رابط های حمل و نقل، انتقال نام متغیرها، سینتیک واکنش، و همچنین عبارات ویژگی استفاده می کند. به طور پیش فرض ویژگی Generate Space-Dependent Model یک رابط حمل و نقل گونه های رقیق را برای توصیف یک سیستم واکنش وابسته به فضا و یک گره شیمی با تمام ویژگی های واکنش و گونه تنظیم می کند . تنظیمات پیش فرض در این مثال استفاده شده است.
مدل 1 وابسته به فضا را ایجاد کنید
1 | در نوار ابزار Reaction Engineering ، روی  Generate Space-Dependent Model کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Generate Space-Dependent Model ، بخش Physics Interfaces را پیدا کنید . |
3 | زیربخش جریان سیال را پیدا کنید . از لیست، Laminar Flow: New را انتخاب کنید . |
4 | بخش Space-Dependent Model Generation را پیدا کنید . روی Create/Refresh کلیک کنید . |
توجه داشته باشید که چگونه تولید مدل یک گره جزء جدید، Component 2 ایجاد می کند . با گسترش این گره، رابط های Transport of Diluted Species و Laminar Flow را خواهید یافت که به طور خودکار تنظیم شده اند.
هندسه 1 (3 بعدی)
هندسه ای را از فایل tortuous_reactor_geom_sequence.mph برای میکرو راکتور پر پیچ و خم وارد کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 2 (comp2) را گسترش دهید ، سپس روی Geometry 1 (3D) کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید . |
3 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل tortuous_reactor_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Liquids and Gases>Liquids>Water را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
به طور پیش فرض، اولین متریالی که اضافه می کنید در همه دامنه ها اعمال می شود. ارتباط یک ماده با هندسه، عبارات ویژگی از پیش تعریف شده ماده را در دسترس رابط های فیزیک قرار می دهد. در این مورد، عبارات وابسته به دما برای چگالی و ویسکوزیته آب به طور خودکار در تعریف رابط جریان لایه ای گنجانده می شود .
شیمی 1 (شیمی)
گونه: RBr
1 | در پنجره Model Builder ، گره Chemistry 1 (chem) را گسترش دهید ، سپس روی Species: RBr کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش فرمول شیمیایی را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن M ، Mn_RBr را تایپ کنید . |
گونه های سطحی: AS(تبلیغات)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface species: AS(ads) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش فرمول شیمیایی را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن M ، Mn_As را تایپ کنید . |
گونه: RH
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: RH کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش فرمول شیمیایی را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن M ، Mn_RH را تایپ کنید . |
گونه: RR
1 | در پنجره Model Builder ، روی Species: RR کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، بخش فرمول شیمیایی را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن M ، Mn_RR را تایپ کنید . |
حمل و نقل گونه های رقیق شده (TDS)
ویژگی های حمل و نقل 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Transport of Diluted Species (tds) را گسترش دهید ، سپس 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 cRBr ، D را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن D cRH ، D را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن D cRR ، D را تایپ کنید . |
واکنش های سطحی 1
این ویژگی سرعت واکنش سطحی را به عنوان شار مرزی در نظر می گیرد. این پارامتر یک ورودی ویژگی است و به طور خودکار با متغیرهای شیمی تنظیم شده توسط فرآیند تولید مدل مطابقت دارد.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface Reactions 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واکنش‌های سطحی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، سطوح کاتالیستی را انتخاب کنید . |
تمرکز 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Concentration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تمرکز ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی را انتخاب کنید . |
4 | بخش تمرکز را پیدا کنید . تیک Species cRBr را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی c 0,cRBr ، c_RBr0 را تایپ کنید . |
6 | تیک Species cRH را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متنی c 0,cRH ، c_RH0 را تایپ کنید . |
8 | تیک Species cRR را انتخاب کنید . |
9 | در قسمت متنی c 0,cRR ، c_RR0 را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات خروجی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Outlet را انتخاب کنید . |
به یاد داشته باشید که واکنش ها فقط بر روی سطوح کاتالیزوری انجام می شود. بنابراین، گره‌های ایجاد شده واکنش‌ها و ناپیوستگی شار را می‌توان حذف کرد.
واکنش ها 1
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2)>Transport of Diluted Species (tds) روی Reactions 1 کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید .
ناپیوستگی شار 1
در پنجره Model Builder ، روی Flux Discontinuity 1 کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید .
جریان آرام 1 (SPF)
خواص سیالات 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 2 (comp2)> Laminar Flow 1 (spf) را گسترش دهید ، سپس روی Fluid Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های سیال ، بخش ورودی مدل را پیدا کنید . |
3 | از لیست T ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، T_iso را تایپ کنید . |
4 | قسمت Fluid Properties را پیدا کنید . از لیست μ ، از مواد را انتخاب کنید . |
توجه داشته باشید که چگالی سیال و ویسکوزیته دینامیکی به ترتیب از گره Chemistry و Material گرفته شده است .
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Boundary Condition را پیدا کنید . از لیست، فشار را انتخاب کنید . |
5 | بخش شرایط فشار را پیدا کنید . در قسمت متن p 0 ، delta_p را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Outlet را انتخاب کنید . |
چند فیزیک
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 .
Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Reacting Flow، Diluted Species را انتخاب کنید .این کار راه اندازی رابط های فیزیک را تکمیل می کند. با دنبال کردن مراحل زیر، هندسه راکتور را با یک مش گسسته کنید. با وجود شیمی روی دیواره‌های راکتور، انتظار می‌رود شیب‌های انتقال جرم بیشتر عمود بر جهت جریان باشد. استفاده از مش جاروب شده به شما این امکان را می دهد که وضوح مش بالا را در مقطع کانال راکتور حفظ کنید در حالی که وضوح کمتری را در جهت جریان تنظیم کنید. تجزیه و تحلیل شیمی و فیزیک سیستم شما و توزیع مش بر اساس آن اغلب به شما این امکان را می دهد که نیازهای حافظه و زمان محاسباتی را کاهش دهید.
مش 1
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Free Triangular را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Triangular ، بخش Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، عدد 8 را در قسمت انتخاب متن تایپ کنید. |
5 | روی OK کلیک 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 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
5 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، 1 را تایپ کنید . |
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، کانال را انتخاب 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 | در قسمت متنی Number of elements ، عدد 6 را تایپ کنید . |
چهار وجهی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Free Tetrahedral کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Tetrahedral ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از فهرست انتخاب ، بخش‌های آداپتور را انتخاب کنید . |
سایز 1
1 | روی Free Tetrahedral 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
5 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، 2 را تایپ کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید . |
دستورالعمل های زیر نحوه حل مدل را شرح می دهد. همانطور که در مورد مدل راکتور کاملاً مخلوط شده بود، شما جاروهای کمکی را برای حل سه دمای مختلف تنظیم خواهید کرد. دما نه تنها بر سرعت واکنش بلکه بر میزان انتشار معادلات موازنه جرم نیز تأثیر می گذارد. جریان سیال نیز تحت تأثیر قرار می گیرد، زیرا چگالی و ویسکوزیته سیال هر دو وابسته به دما هستند.
دو مرحله مطالعه را برای حل مدل تنظیم کنید. مرحله اول برای جریان سیال حل می شود. مرحله دوم برای انتقال جرم با استفاده از میدان جریان محاسبه شده در مرحله اول برای انتقال جرم همرفتی حل می شود. نیازی به حل مشکل کاملاً جفت شده نیست زیرا انتقال جرم بر جریان سیال در این مثال تأثیر نمی گذارد.
مطالعه 2
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، گره Study 2 را گسترش دهید ، سپس روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول، کادرهای حل برای Reaction Engineering (re) و Transport of Diluted Species (tds) را پاک کنید . |
4 | برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
5 |  روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
T_iso (دمای راکتور (K)) | 288 343 363 | ک |
ثابت 2
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول، کادرهای حل برای Reaction Engineering (re) و Laminar Flow 1 (spf) را پاک کنید . |
4 | برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
5 |  روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
T_iso (دمای راکتور (K)) | 288 343 363 | ک |
در این مرحله مطالعه، جریان آرام را حل نکنید. با این حال، برای در دسترس بودن همه محلول‌های مرحله قبل (جریان در تمام دماها) هنگام حل غلظت‌ها در دماهای مختلف در مرحله حاضر، تنظیمات را برای مقادیر متغیرهای حل نشده تغییر دهید.
7 | برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
8 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
9 | از لیست مطالعه ، مطالعه 2، ثابت را انتخاب کنید . |
10 | از لیست انتخاب ، خودکار (همه راه حل ها) را انتخاب کنید . |
11 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Concentration، RBr، Surface (tds) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 |  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Color Table ، Aurora>AuroraBorealis را در درخت انتخاب کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
کانتور 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Concentration، RBr، Surface (tds) کلیک راست کرده و Contour را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Contour ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، cRBr/c_RBr0 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Levels را پیدا کنید . در قسمت متنی مجموع سطوح ، 10 را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، سفارشی را انتخاب کنید . |
6 | زیربخش Type and data را پیدا کنید . کادر بررسی توضیحات را پاک کنید . |
7 | تیک گزینه Expression را انتخاب کنید . |
8 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
غلظت، RBr، سطح (tds)
نمودار سطح پیش‌فرض غلظت گونه‌های RBr را که روی 363 K ارزیابی شده است نشان می‌دهد. برای مشاهده نتایج دیگر، از لیست مقدار پارامتر انتخاب کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Concentration، RBr، Surface (tds) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مقدار پارامتر (T_iso (K)) ، 288 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Concentration, RBr, Surface (tds) روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تکه
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Velocity (spf1) را گسترش دهید ، سپس بر روی Slice کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plane Data را پیدا کنید . از لیست Plane ، xy-planes را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Planes ، 1 را تایپ کنید . |
6 | در نوار ابزار Velocity (spf1) ، روی  Plot کلیک کنید . |
7 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
برای استفاده در آینده از Study 1 و مدل 0D، تمام رابط‌ها را غیرفعال کنید، به جز Reaction Engineering در جدولی که در آن رابط‌های فیزیک باید حل شوند.
مطالعه 1
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Time Dependent کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول، چک باکس های حل برای شیمی 1 (شیمی) ، انتقال گونه های رقیق شده (tds) و جریان آرام 1 (spf) را پاک کنید . |
برای مقایسه نتایج مدل سه بعدی با مدل مهندسی واکنش 0D، ابتدا تعدادی عملگر ادغام را تعریف کنید و سپس از آنها برای محاسبه شار کل یکپارچه هر گونه استفاده کنید و وارد هر بخش از راکتور پرپیچ و خم شوید. با تقسیم شار حاصل بر سرعت جریان یکپارچه در همان موقعیت، غلظت هر گونه بدست می آید. این غلظت ها با غلظت های 0D برای زمان های مختلف اقامت مطابقت دارد.
عملگرهای یکپارچه سازی را برای مرز مقطع در ورودی هر بخش کاتالیزوری راکتور آماده کنید. آخرین عملگر بعد از آخرین بخش کاتالیزوری تعریف می شود.
تعاریف (COMP2)
ادغام 1 (در اول)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 2 (comp2)>Definitions را گسترش دهید . |
2 | روی Component 2 (comp2)>Definitions کلیک راست کرده و Nonlocal Couplings>Integration را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، در قسمت Selection text عدد 31 را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
8 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
9 |  روی Copy Selection کلیک کنید . |
10 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
11 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، در قسمت Selection text عدد 31 را تایپ کنید . |
12 | روی OK کلیک کنید . |
ادغام 2 (intop2)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، در قسمت Selection text عدد 40 را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
ادغام 3 (intop3)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Paste Selection ، عدد 61 را در قسمت متن انتخاب تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
ادغام 4 (intop4)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، عدد 70 را در قسمت انتخاب متن تایپ کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
ادغام 5 (intop5)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، در قسمت انتخاب متن عدد 91 را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
ادغام 6 (intop6)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 85 را در فیلد متن Selection تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
راه حل را به روز کنید تا عملگرهای انتگرال را در عبارات قابل استفاده کنید.
مطالعه 2
در نوار ابزار مطالعه ، روی Update Solution کلیک کنید .
Update Solution کلیک کنید .حال، سه گروه ارزیابی ایجاد کنید. هر گروه برای محاسبه غلظت یک گونه، ایجاد جدول غلظت برای هر مرز ورودی مقطعی استفاده می شود. برای هر مرز ورودی، عملگر یکپارچه سازی مربوطه برای محاسبه غلظت استفاده می شود، به عنوان انتگرال شار کل تقسیم بر سرعت ضربدر بردار نرمال محور Y. فقط استفاده از مولفه Y کار می کند زیرا مقاطع کاتالیزوری موازی با محور Y هستند. به طور کلی، برای مرزهایی که با یک محور تراز نیستند، می توان از عبارت زیر برای سرعت استفاده کرد: u*spf.nx+v*spf.ny+w*spf.nz . مقایسه را برای آخرین و بالاترین دما در جارو انجام دهید.
نتایج
غلظت RBr
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  Evaluation Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه ارزیابی ، Concentration of RBr را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
غلظت RH
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  Evaluation Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه ارزیابی ، Concentration of RH را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
غلظت RR
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  Evaluation Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه ارزیابی ، Concentration of RR را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
ارزیابی جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Concentration of RBr کلیک راست کرده و Global Evaluation را انتخاب کنید . |
سپس، گروه‌های ارزیابی را طوری تنظیم کنید که از مجموعه داده مربوط به جابجایی دمای نهایی استفاده کنند و جداول را برای ساده‌سازی ترسیم بعداً جابجا کنید. سپس، عبارات را برای استفاده در هر گروه ارزیابی وارد کنید. آخرین عبارت دارای علامت منفی است، زیرا نرمال محور y در جهت مخالف، نسبت به موقعیت های دیگر، در آن مرز قرار دارد. در نهایت، برای هر مورد، هر گروه را ارزیابی کنید تا نتایج نمایش داده شود.
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (T_iso) ، گزینه Last را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Expressions را پیدا کنید .  روی پاک کردن جدول کلیک کنید . |
6 |  روی Load from File کلیک کنید . |
7 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل tortuous_reactor_RBr_evaluation_group_expressions.txt دوبار کلیک کنید . |
غلظت RBr
1 | در پنجره Model Builder ، روی Concentration of RBr کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه ارزیابی ، بخش Transformation را پیدا کنید . |
3 | تیک Transpose را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش Format کلیک کنید . از فهرست شامل پارامترها ، خاموش را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Concentration of RBr ، روی  Evaluate کلیک کنید . |
ارزیابی جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Concentration of RH کلیک راست کرده و Global Evaluation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (T_iso) ، گزینه Last را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Expressions را پیدا کنید .  روی پاک کردن جدول کلیک کنید . |
6 |  روی Load from File کلیک کنید . |
7 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل tortuous_reactor_RH_evaluation_group_expressions.txt دوبار کلیک کنید . |
غلظت RH
1 | در پنجره Model Builder ، روی Concentration of RH کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه ارزیابی ، بخش Transformation را پیدا کنید . |
3 | تیک Transpose را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Format را پیدا کنید . از فهرست شامل پارامترها ، خاموش را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Concentration of RH ، روی  Evaluate کلیک کنید . |
ارزیابی جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Concentration of RR کلیک راست کرده و Global Evaluation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (T_iso) ، گزینه Last را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Expressions را پیدا کنید .  روی پاک کردن جدول کلیک کنید . |
6 |  روی Load from File کلیک کنید . |
7 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل tortuous_reactor_RR_evaluation_group_expressions.txt دوبار کلیک کنید . |
غلظت RR
1 | در پنجره Model Builder ، روی Concentration of RR کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه ارزیابی ، بخش Transformation را پیدا کنید . |
3 | تیک Transpose را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Format را پیدا کنید . از فهرست شامل پارامترها ، خاموش را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Concentration of RR ، روی  Evaluate کلیک کنید . |
در نهایت، یک نمودار برای مقایسه نتایج 0D و 3D ایجاد کنید. نتایج را با استفاده از فاصله در امتداد راکتور به عنوان محور X مقایسه کنید. با این حال، داده های مدل 0D تابعی از زمان است، بنابراین برای به دست آوردن آن به عنوان تابعی از فاصله از طریق راکتور، آن را با مقدار متوسط بردار نرمال محور y ضرب در سرعت جریان کنید. ابتدا یک عملگر برای محاسبه میانگین سرعت جریان محور y ایجاد کنید. از آنجایی که یک جریان ثابت از طریق راکتور وجود دارد، می توانید به طور دلخواه انتخاب کنید که میانگین را در مرز مقطع در شروع اولین بخش کاتالیزوری محاسبه کنید.
تعاریف (COMP2)
میانگین 1 (aveop1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کنید و میانگین را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای میانگین ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، در قسمت Selection text عدد 31 را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
راه حل را به روز کنید تا عملگر متوسط در عبارات قابل استفاده باشد.
مطالعه 2
در نوار ابزار مطالعه ، روی Update Solution کلیک کنید .
Update Solution کلیک کنید .اکنون نمودار یک بعدی را با داده های 0 بعدی و داده های سه بعدی برای هر گونه ایجاد کنید.
نتایج
0D در مقابل غلظت 3D
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 ، غلظت 0D در مقابل غلظت سه بعدی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید. |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، None را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، طول راکتور (\mu m) را تایپ کنید . |
7 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Concentration (mol/m<sup>3</sup>) را تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | روی غلظت 0D در مقابل 3D کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/راه حل 1 (sol1) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (T_iso) ، گزینه Last را انتخاب کنید . |
5 | از لیست انتخاب زمان ، دستی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متنی شاخص‌های پارامتر (1-210) ، محدوده (1،1،90) را تایپ کنید . |
7 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
با ضرب زمان ماند در میانگین سرعت جریان در مدل رآکتور سه بعدی، زمان ماند را به فاصله در امتداد راکتور تبدیل کنید. از عملگر withsol برای انتخاب مجموعه داده دمای نهایی مدل سه بعدی برای بدست آوردن سرعت استفاده کنید .
8 | در قسمت متن Expression ، t*withsol(‘sol3’,comp2.aveop1(-comp2.v*comp2.spf.ny)) را تایپ کنید . |
9 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
10 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
11 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
RBr |
RH |
RR |
12 | در نوار ابزار غلظت 0D در مقابل 3D ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار جدول 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی غلظت 0D در مقابل 3D کلیک راست کرده و Table Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار جدول ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست منبع ، گروه ارزیابی را انتخاب کنید . |
4 | از لیست داده های محور x ، فهرست ردیف را انتخاب کنید . |
از پیش پردازش خطی داده های محور x (شاخص های جدول) استفاده کنید تا شاخص ها با افزایش طول کل تجمعی در امتداد راکتور مطابقت داشته باشند. طول هر بخش کاتالیزوری 80 میکرومتر است .
5 | برای گسترش بخش Preprocessing کلیک کنید . زیربخش ستون محور x را پیدا کنید . از لیست Preprocessing ، خطی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت Scaling text عدد 80 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن Shift ، -80 را تایپ کنید . |
8 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، آبی را انتخاب کنید . |
9 | زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، نقطه را انتخاب کنید . |
نمودار جدول 2
1 | روی Table Graph 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار جدول ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست گروه ارزیابی ، غلظت RH را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، سبز را انتخاب کنید . |
نمودار جدول 3
روی Table Graph 2 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
نمودار جدول 3
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>0D versus 3D غلظت>Table Graph 2 را گسترش دهید، سپس روی Results>0D versus 3D غلظت>Table Graph 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار جدول ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست گروه ارزیابی ، تمرکز RR را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، قرمز را انتخاب کنید . |
در نهایت نتایج را رسم کنید.
0D در مقابل غلظت 3D
1 | در پنجره Model Builder ، روی 0D در مقابل غلظت های 3D کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار غلظت 0D در مقابل 3D ، روی  Plot کلیک کنید . |
3 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
ضمیمه – دستورالعمل های مدل سازی هندسه
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی Blank Model کلیک کنید .
Blank Model کلیک کنید .افزودن کامپوننت
در نوار ابزار Home ، روی Add Component کلیک کنید و 3D را انتخاب کنید .
Add Component کلیک کنید و 3D را انتخاب کنید .هندسه 1
1 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
2 | از لیست واحد طول ، میکرومتر را انتخاب کنید . |
بلوک 1 (blk1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 10 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 80 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 5 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 30 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -40 را تایپ کنید . |
8 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
9 | در کادر محاوره ای New Cumulative Selection ، Channel را در قسمت متن نام تایپ کنید . |
10 | روی OK کلیک کنید . |
آرایه 1 (arr1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Array را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات آرایه ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
3 | از فهرست اشیاء ورودی ، کانال را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، کانال را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Size را پیدا کنید . در قسمت متن x اندازه 5 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 30 را تایپ کنید . |
سیلندر 1 (cyl1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius عدد 20 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 5 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 50 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن y ، -40 را تایپ کنید . |
7 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (ΜM) |
لایه 1 | 10 |
8 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، کانال را انتخاب کنید . |
سیلندر 2 (cyl2)
1 | روی Cylinder 1 (cyl1) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، قسمت موقعیت را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، 20 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y عدد 40 را تایپ کنید . |
آرایه 2 (arr2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Array را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء cyl1 و cyl2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات آرایه ، قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . |
4 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، کانال را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Size را پیدا کنید . در قسمت متن x اندازه 3 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 60 را تایپ کنید . |
بلوک 2 (بلک2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 30 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 30 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 5 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -10 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -30 را تایپ کنید . |
8 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
9 | در کادر محاوره ای New Cumulative Selection ، Adapter Sections را در قسمت متن نام تایپ کنید . |
10 | روی OK کلیک کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، بخش Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . |
3 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، بخش‌های آداپتور را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plane Definition را پیدا کنید . در قسمت متن مختصات z ، 5 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> هندسه صفحه
در پنجره Model Builder ، روی صفحه هندسه کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> دایره 1 (c1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Circle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 5 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، 4.6 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن yw ، -15.4 را تایپ کنید . |
چرخش 1 (rot1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Geometry 1 روی Work Plane 1 (wp1) کلیک راست کرده و Transforms>Rotate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای چرخش ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
3 | از فهرست اشیاء ورودی ، بخش‌های آداپتور را انتخاب کنید . |
4 | چک باکس Keep input objects را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Rotation را پیدا کنید . در قسمت Angle text عدد 180 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Point on Axis of Rotation را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 95 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، بخش‌های آداپتور را انتخاب کنید . |
بلوک 3 (blk3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 10 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 40 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 5 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، کانال را انتخاب کنید . |
بلوک 4 (بلک4)
1 | روی Block 3 (blk3) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، بخش Position را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، 180 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y ، -40 را تایپ کنید . |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
حذف نهادهای 1 (del1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Delete کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حذف نهادها ، بخش Entities یا Objects to Delete را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | در شیء arr2(1،1،1،1) ، فقط دامنه های 2، 3 و 5 را انتخاب کنید. |
5 | در شیء arr2(1،1،1،2) فقط دامنه های 1، 3 و 4 را انتخاب کنید. |
6 | در شیء arr2(2،1،1،1) فقط دامنه های 2، 3 و 5 را انتخاب کنید. |
7 | در شیء arr2(2،1،1،2) ، فقط دامنه های 1، 3 و 4 را انتخاب کنید. |
8 | در شیء arr2(3،1،1،1) فقط دامنه های 2، 3 و 5 را انتخاب کنید. |
9 | در شیء arr2(3،1،1،2) فقط دامنه های 1، 3 و 4 را انتخاب کنید. |
فرم اتحادیه (فین)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Form Union (fin) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Form Union/Assembly ، روی  Build Selected کلیک کنید . |
ورودی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، ورودی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Entities to Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در باله شی ، فقط مرز 6 را انتخاب کنید. |
پریز
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح ، Outlet را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Entities to Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در باله شی ، فقط مرز 109 را انتخاب کنید. |
سطوح کاتالیزوری
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Box Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Box Selection ، قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . |
3 | از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست Entities ، از انتخاب ها را انتخاب کنید . |
5 |  روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره ای افزودن ، کانال را در لیست انتخاب ها انتخاب کنید . |
7 | روی OK کلیک کنید . |
8 | در پنجره تنظیمات برای Box Selection ، قسمت Box Limits را پیدا کنید . |
9 | در قسمت متن x حداقل ، 20 را تایپ کنید . |
10 | در قسمت حداکثر متن x ، 170 را تایپ کنید . |
11 | در قسمت حداقل y متن، -41 را تایپ کنید . |
12 | در قسمت متن حداکثر y ، 41 را تایپ کنید . |
13 | در قسمت حداکثر متن z ، 0.01 را تایپ کنید . |
14 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از فهرست Include entity if ، Entity inside کادر را انتخاب کنید . |
15 | در قسمت نوشتار برچسب ، کاتالیزور سطوح را تایپ کنید . |
انتخاب مجاور – دیوارها
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و گزینه Adjacent Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Adjacent Selection ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌های ورودی ، بخش‌های کانال و آداپتور را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب مجاور ، گزینه Adjacent Selection – Walls را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
دیوارهای خارجی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Difference Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب تفاوت ، Exterior Walls را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید .  روی افزودن کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای افزودن ، گزینه Adjacent Selection – Walls را در لیست Selections to add انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره Settings for Difference Selection ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
8 |  روی افزودن کلیک کنید . |
9 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تفریق ، ورودی و خروجی را انتخاب کنید . |
10 | روی OK کلیک کنید . |
