15233

15233

توسعه ديدگاه شبيه‌سازي تركيبي چندناحيه‌اي CFD/ براي شبيه‌سازي واحدهاي بزرگ‌مقياس

كارشناسي ارشد

طراحي، شبيه‌سازي و كنترل فرآيند

آبان 1394

آبان 1394

دكتر سيد حسن هاشم‌آبادي

شيمي

چكيده رشد روزافزون نياز به مواد شيميايي در دهه هاي اخير سبب افزايش توليد واحدهاي صنعتي گرديده است، از طرفي افزايش توليد نيازمند افزايش مقياس راكتورهاست. مطالعه عددي سامانه هاي شيميايي بزرگ مقياس بار محاسباتي بالايي داشته و تبديل به گلوگاه شبيه¬سازي¬هاي بزرگ مقياس گرديده است. يكي از روش¬غلبه بر مشكل شبيه¬سازي¬هاي بزرگ¬مقياس استفاده از ديدگاه چند ناحيه اي/CFDاست كه در اين ديدگاه بر اساس اختلاط كامل راكتور به چند راكتور همخورده تقسيم شده و معادلات انرژي، جرم و واكنش بر روي شبكه راكتورها حل مي گردد. به عنوان نمونه مطالعاتي، راكتور حبابي دوغابي همزن دار توليد ترفتاليك اسيد از طريق اكسيداسيون پارازايلن موردمطالعه قرار گرفت. بنابرمشاهدات تجربي، اسپارجر واقع در زير جريان خوراك، حين فعاليت راكتوردچار آسيب مي‌گردد. در اين تحقيق عملكرد راكتور مذكورباهدف بررسي ميزان توليد محصول و پيش‌بينيعلت آسيب ادوات، موردمطالعه عددي قرار گرفت. در شبيه سازي انجام شده، از مدل مخلوط جهت شبيه سازي رفتار دوفازي، از مدل RNG k-εجهت شبيه سازي آشفتگي جريان و از سينتيك راديكال آزاد ساده شده جهت شبيه سازي واكنش استفاده شدهاست.جهت بررسي دقت محاسبات كسر جرمي محصول در جريان خروجي به‌عنوان معيار استفاده گرديدو نتايج مربوط به شبيه‌سازيCFD خطاي 8.17% را نشان دادند. نتايج بررسي‌ها حاكي از آن بود كه تشكيل يك ناحيه مرده در اثر تزريق ستوني خوراك، سبب افزايش دماي سيال در آن ناحيه شده ومتعاقباً باعث آسيب به ادوات مي‌گردد. بنابر نتايج شبيه‌سازي‌ها، حجم اين ناحيه مرده با دبي خوراك رابطه مستقيم و با دور همزن رابطه معكوس دارد. همچنين شبيه‌سازي‌ها در مورد عملكرد راكتور، نشان مي‌دهد افزايش دبي خوراك و كسر جرمي پارازايلن خوراك، به‌صورت خطي سبب افزايش كسر جرمي محصول مي‌گردند؛دور همزن تا آستانه 2 دور بر ثانيه سبب افزايش كيفيت محصول گرديدهدرحالي‌كهپس‌ازآنتأثيري در كسر جرمي محصول ندارد. تمركز كار حاضر الگوريتم بر ناحيه بندي خودكار و ايجاد شبكه راكتورهاي همخورده است. الگوريتم توسعه داده شده قابليت كنترل هندسه نواحي را نسبت به الگوريتم هاي پيشين داشته كه ضمن افزايش دقت، سبب پايداري حل مي گردد. الگوريتم توسعه داده شده ضمن پياده سازي بر روي يك هندسه محك، بر روي راكتور نيز پياده‌سازي گرديد.نتايج نشان داد تعداد ناحيه‌ها داراي مقداري بهينه بوده و با افزايش تعداد نواحي به مقادير بالاتر، تنها بار محاسباتي افزايش‌يافته و اطلاعات ارزشمندي به پاسخ نهايي محاسبات اضافه نمي‌گردد. واژه‌هاي كليدي: CFD، شبيه‌سازي چند ناحيه‌اي، ناحيه بندي خودكار، راكتور سه فازي، واكنش، ترفتاليك اسيد