عنوان
شبيه‌سازي CFD راكتور بستر ثابت نامنظم تحت تأثير ديواره با نسبت ابعادي بزرگ
نويسنده اصلي
مهدي زارع
مقطع تحصيلي
دكتري
چكيده
بسترهاي پرشده واكنشي جزو راكتورهايي هستند كه در صنعت به وفور استفاده مي شوند و كارهاي زيادي در زمينه پيش بيني انتقال جرم، حرارت و افت فشار در آنها انجام شده است. با مطالعات انجام شده نتيجه گيري شد كه دو پارامتر مهم پيچ وخم بستر و نقاط داغ در ديواره بستر وجود دارند كه بررسي چنداني روي آنها انجام نشده است. همچنين يكي از مشكلات موجود در اين بسترها، نسبت طول به قطر بالا و حضور تعداد زياد كاتاليست در داخل آنها مي باشد كه امكان بررسي با دقت بالاي اين راكتورها را با مشكل روبرو كرده است. بنابراين در اين مطالعه به بررسي پارامترهاي مذكور در 4 بخش اصلي پرداخته شد. در بخش اول، تاثير هندسه دانه كاتاليستي بر نقاط داغ ايجاد شده روي ديواره مطالعه شد. براي اين منظور رفتار 6 دانه غيركروي (استوانه اي، استوانه اي شياردار، سه پر، استوانه اي حفره دار، استوانه اي شياردار حفره دار و سه پر حفره دار) در مجاورت ديواره در دو حالت افقي و عمودي بررسي شد. نتايج نشان داد كه شكل هندسي دانه كاتاليستي تاثير بسزايي در تشكيل نقاط داغ دارد و از لحاظ كاهش نقاط داغ به ترتيب دانه هاي سه پر، استوانه اي شياردار و استوانه اي، داراي اولويت مي باشند.
در بخش دوم از روش طراحي آزمايش آنووا به منظور يافتن زاويه بهينه قرارگيري دانه در مجاورت ديواره استفاده گرديد. در اين قسمت رفتار دانه استوانه اي در مجاورت ديواره حول محورهاي X، Y و Z به ترتيب
20-0، 45-45- و 30-0 درجه بررسي شد و رابطه اي جهت پيش بيني دماي بيشينه ايجاد شده روي ديواره بستر ارائه گرديد.
در بخش سوم تاثير پيچ وخم بستر بر انتقال حرارت و افت فشار در بسترهاي پرشده منظم نمونه مطالعه شد. براي اين منظور افت فشار و انتقال حرارت دو بستر نمونه با تخلخل و ضريب شكل دانه هاي يكسان و چيدمان متفاوت بررسي گرديدند. داده هاي خطوط جريان از شبيه سازي استخراج شد و كدنويسي در محيط متلب بمنظور محاسبه پيچ وخم بستر انجام شد. مشاهده شد كه پيچ وخم، تاثير بسزايي در نتايج دارد و روابط موجود قادر به پيش بيني مناسب نتايج در اين بسترها نمي باشند. در نهايت پيچ وخم بستر با استفاده از طول خطوط جريان، محاسبه و روابط افت فشار و انتقال حرارت اصلاح گرديدند.
در بخش چهارم روشي جهت شبيه سازي بسترهاي با طول بلند ارائه گرديد. در اين قسمت بستر موجود به 4 واحد مساوي تقسيم شد و واحد اول شبيه سازي گرديد. خروجي واحد اول به صورت ورودي واحد دوم در نظر گرفته شد و همين روند براي واحدهاي بعدي نيز تكرار گرديد. در نهايت نتايج خروجي با نتايج حاصل از راكتور با طول واقعي مقايسه شد و نتايج نشان داد كه مي توان از روش پيشنهادي به جاي شبيه-سازي بستر كامل (كه ناممكن يا هزينه بر مي باشد) استفاده نمود و از تكرار واحد نمونه به صورت سري به نتايج بستر با طول بلند رسيد.
شماره ركورد
194720
دانشگاه
دانشگاه علم و صنعت ايران
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
استاد راهنما
دكتر سيد حسن هاشم آبادي