شبیه سازی بولتزمن – شبیهسازی جریان همراه با واکنش شیمیایی به روش شبکه بولتزمن
مشاهده بخشی از فایل
چکیده
جریان گاز درون کاتالیست ها یک فرآیند رایج در صنایع شیمیایی می باشد. شبیه سازی چنین جریان هایی که معمولا همراه با انتقال حرارت، انتقال جرم و واکنش شیمیایی هستند از جمله مباحث پیچیده در حوزه شبیه سازی های عددی محسوب می گردد. در عمل به منظور بهبود انجام واکنش از محیط های متخلخل در کاتالیست ها استفاده می شود. با در نظر گرفتن توانایی روش شبکه بولتزمن در شبیه سازی جریان های با مرزهای هندسی پیچیده، این روش می تواند انتخاب مناسبی در مطالعه جریان درون کاتالیست ها باشد.
در کار پیش رو، یک طرح عددی جامع براساس روش شبکه بولتزمن با یک زمان آسایش به منظور شبیه سازی جریان همراه با واکنش شیمیایی در محیط های متخلخل ارائه گردیده است. برای تحقق این موضوع یک مجموعه تابع توزیع به منظور شبیه سازی جریان، دما و واکنش شیمیایی به کار گرفته شده است. واکنش مورد نظر تجزیه ایزوپروپانول به منظور تولید استون و هیدروژن می باشد که از هیدروژن آن به عنوان سوخت در پیل سوختی استفاده می شود. واکنش فوق با برخورد جریان به سطح دانه های پوشیده شده با کاتالیست مس به وقوع می پیوندد. در نتیجه، جمله چشمه در معادلات انرژی و انتقال گونه ها در سطح کاتالیست دارای مقدار بوده و در غیر اینصورت صفر می باشد. نتایج نشان می دهد که روش شبکه بولتزمن می تواند به عنوان ابزاری قدرتمند در شبیه سازی جریان های با فیزیک پیچیده مورد توجه قرار گیرد.
از سوی دیگر، مدل پیشنهاد شده از دقت بهتری نسبت به مدل های استفاده شده پیشین برخوردار می باشد. از سوی دیگر، مدل ارائه شده از دقت بهتری نسبت به مدل های استفاده شد پیشین روش شبکه بولتزمن برخوردار می باشد. همچنین، اثر چندین پارامتر عملکردی و هندسی روی میزان و نحوه انجام فرآیند مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت، نقاط قوت و ضعف مدل به همراه پیشنهاداتی به منظور بهبود و توسعه کار فعلی در حوزه روش شبکه بولتزمن ارائه گردیده است.
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
1-1مقدمه 2
1-2 تاریخچه روش شبکه بولتزمن 4
1-3 مدل های روش شبکه بولتزمن 5
1-4 مروری بر کارهای گذشته 7
1-4-1 جریان با هندسه ساده 7
1-4-2 جریان با هندسه پیچیده 8
1-4-3 میکرو/نانو جریان ها 9
1-4-4 جریان های چند فازی 12
1-4-5 جریان همراه با واکنش شیمیایی 13
1-5 هدف پژوهش 15
فصل دوم: مبانی روش شبکه بولتزمن
2-1 مقدمه 18
2-2 الگوریتم حل 23
2-3 تبدیل واحد 26
2-4 حدس اولیه 28
2-5 شرایط مرزی 29
2-5-1 شرط مرزی دیوار 30
2-5-2 شرط مرزی ورودی 33
2-5-3 شرط مرزی خروجی 35
2-6 میدان دما 36
2-6-1 شرایط مرزی 38
2-6-1-1 ورودی (دما ثابت) 38
2-6-1-2 دیوار (دما ثابت) 39
2-6-1-3 خروجی (عدم گرادیان) 39
2-7 واکنش شیمیایی 39
2-7-1 شرایط مرزی 41
2-7-1-1 ورودی (غلظت ثابت) 42
2-7-1-2 دیوار (شار صفر) 43
2-7-1-3 خروجی (عدم گرادیان) 44
فصل سوم: ارزیابی کد
3-1 مقدمه 47
3-2 جریان حول استوانه 48
3-2-1 شرایط مرزی 49
3-2-2 نتایج 50
3-3 جریان جابجایی آزاد درون محفظه 55
3-3-1 شرایط مرزی 56
3-3-2 نتایج 56
فصل چهارم: واکنش های سطحی
4-1 مقدمه 64
4-2 فرضیات 65
4-3 تعریف مسئله 66
4-4 استقلال از شبکه 67
4-5 نتایج 69
4-5-1 اثر سرعت ورودی 78
4-5-2 اثر اندازه دانه بندی 79
4-5-3 اثر چیدمان 81
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1 مقدمه 86
5-2 جمع بندی 86
5-3 پیشنهاد برای پژوهش های آینده 89
پیوست ها
پیوست الف: بسط چپمن-انسکاگ 91
منابع 95
شبیه سازی بولتزمن
شبیه سازی بولتزمن , تابع توزیع , کاتالیزگر , شبیه سازی , واکنش شیمیایی , lattice boltzmann method , distribution function , catalyst , simulation , chemical reaction
سفارش پایان نامه و پروپوزال در سایت مدرسان امیرکبیر
