مدلسازی CFD تولید هیدروژن – فصل اول – مقدمه ……………………………………. 1

1- مقدمه ………………………………………………………………………… 1
1-1 انرژی و سوخت پاک ……………………………………………………… 1
1-2 عصر هیدروژن …………………………………………………………………….. 2
1-3 فرآورنده سوخت …………………………………………………………………… 3
1-4 میکروراکتور …………………………………………………………. 4
1-5 مدل سازی CFD ……………………………………………………………….. 5

فصل دوم – بیان مفاهیم ……………………………………….. 8

2- بیان مفاهیم …………………………………………………………… 8
2-1 خوراک فرایند تولید هیدروژن ……………………………….. 8
2-2 روش¬های موجود برای تولید هیدروژن …………………………………. 9
2-3 کاتالیزورهای به کار برده شده ………………………………….. 12
2-4 تحلیل ترمودینامیکی واکنش ها ……………………………………………. 13
2-5 مکانیسم واکنش ها …………………………………………………… 19
2-6 سینتیک واکنش ها ……………………………………………………… 24
2-7 میکروراکتورها …………………………………………………………… 28
2-8 مدل سازی CFD فرایند تولید هیدروژن ………………………………………….. 30
2-8-1 گسسته سازی معادلات ……………………………………………………….. 32
2-8-2 اتصال سرعت – فشار ……………………………………………. 34

فصل سوم – مروری بر مطالعات گذشته ………………………………………… 37

3- مقدمه ………………………………………………………………………… 37
3-1 تولید هیدروژن در میکروراکتورها ………………………………………………………. 37
3-1-1 مطالعات با واکنش ریفرمینگ با بخار ………………………………………………………. 39
3-1-2 مطالعات با واکنش ریفرمینگ با بخار همراه با اکسایش ………………………………….. 41

فصل چهارم – شرح مدل و روش حل …………………………………………….. 64

4- مقدمه …………………………………………………………… 64
4-1 کانال¬ها با آرایش موازی ……………………………………………………………… 65
4-1-1 میکروراکتور با دو کانال مستطیلی با آرایش موازی ………………………………. 66
4-1-2 میکروراکتور با دو کانال دایره¬ای با آرایش موازی ……………………………………….. 66
4-1-3 میکروراکتور با مجموعه کانال¬های دایره¬ای با آرایش موازی ………………………………………. 75
4-2 میکروراکتور با ساختار حلقوی …………………………………………………………………. 76
4-2-1 میکروراکتور با ساختار حلقوی، مدل پوسته و لوله ………………………………………. 77
4-2-2 مدل های حلقوی مخروطی ……………………………………………………….. 78
4-2-3 مدل¬های ریفرمر مخروطی ……………………………………………….. 83

فصل پنجم – نتایج و بحث ………………………….85

5- مقدمه ……………………………………………………….. 85
5-1 کانال¬های¬ دایره¬ای با آرایش موازی ……………………………………………… 85
5-1-1 استقلال شبکه ……………………………………………………………………………………. 85
5-1-2 بررسی اعتبار نتایج …………………………………………………………………………….. 87
5-1-3 میکروراکتور با دو کانال دایره¬ای با آرایش موازی ………………………………………….. 88
5-1-3-1 اثر شرایط خوراک در بخش ریفرمینگ ……………………………………………………… 93
5-1-3-2 اثر جهت جریان ورودی دو بخش ریفرمینگ و اکسایش ……………………………………………. 97
5-1-4 میکروراکتور با مجموعه کانال¬های دایره¬ای با آرایش موازی ……………………………………………… 100
5-1-4-1 اثر شرایط ورودی خوراک در بخش ریفرمینگ ………………………………………………… 103
5-2 میکروراکتور با ساختار حلقوی …………………………………………………… 108
5-2-1 بررسی اعتبار نتایج در ساختار حلقوی ………………………………………………… 108
5-2-2 مدل های حلقوی مخروطی ……………………………………………………………………. 109
5-2-2-1 اثر تغییر شرایط ورودی کانال ریفرمینگ در مدل حلقوی مخروطی با کاهش سطح مقطع ………………. 115
5-2-2-2 اثر تغییر ضخامت بخش جامد در مدل حلقوی مخروطی با کاهش سطح مقطع ………………………… 118
5-2-2-3 اثر میزان تخلخل بستر در مدل حلقوی مخروطی با کاهش سطح مقطع………………………………. 119
5-2-2-4 اثر زاویه همگرایی در مدل حلقوی مخروطی با کاهش سطح مقطع…………………………………….. 121
5-2-3 مدل¬های ریفرمر مخروطی ……………………………………………………………….. 122

5-2-3-1 اثر تغییر شرایط ورودی کانال ریفرمینگ در مدل ریفرمر مخروطی با افزایش سطح مقطع ………………. 126

5-2-3-2 اثر تخلخل بستر در مدل ریفرمر مخروطی با افزایش سطح مقطع ………………………………………………………. 129
5-2-3-3 اثر زاویه واگرایی در مدل ریفرمر مخروطی با افزایش سطح مقطع ……………………………………………………… 131
5-3 انجام همزمان دو واکنش OX و SR در هر کانال ……………………………………………………………………….. 132
5-4 انجام همزمان دو واکنش OX و SR در هر کانال مخروطی ……………………………………………………….. 135
5-5 انجام همزمان دو واکنش ریفرمینگ اتانول و اکسایش متانول در هر کانال مخروطی …………………………………. 137
5-6 نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………… 138

فصل ششم – بخش آزمایشگاهی ………………………………………. 140

6- مقدمه ………………………………………………………. 140
6-1 آماده سازی بخش آزمایشگاهی …………………………………… 141
6-2 رویه راه اندازی برای هر نمونه گیری …………………………………… 142
6-3 رویه نمونه گیری (انجام واکنش و آنالیز) …………………………………… 143
6-4 کالیبراسیون ابزار ………………………………………………………………. 144
6-4-1 کالیبره کردن پمپ سرنگی …………………………………….. 145
6-4-2 کالیبره کردن MFC ها ………………………………………………. 145
6-4-3 کالیبره کردن دستگاه کروماتوگرافی (GC) …………………………. 147
6-5 محاسبه و آنالیز داده ها …………………………………………………… 148
6-6 نتایج و بحث …………………………………………………………….. 149
6-6-1 اثر دمای واکنش ………………………………………………………. 149
6-6-2 اثر نرخ جریان مایع خوراک ……………………………………… 150

فصل هفتم – نتیجه گیری و پیشنهادات ……………………………………………. 152

منابع ……………………………………………….. 155
پیوست ¬ها ……………………………………………… 162

مدلسازی CFD تولید هیدروژن

مدل سازی دینامیکی , کانال دایره ای , هیدروژن , مدلسازی CFD , دینامیک سیالات محاسباتی , dynamic modeling , circular canal , microreactor , hydrogen , computational fluid dynamics