واکنش شیمیایی

واکنش شیمیایی (Chemical Reaction) چیست؟

واکنش شیمیایی فرآیندی است که در آن یک یا چند ماده (واکنش دهنده‌ها) به یک یا چند ماده مختلف (محصولات) تبدیل می شوند. این مواد عناصر یا ترکیبات شیمیایی هستند. یک واکنش شیمیایی اتم‌های تشکیل‌دهنده واکنش‌دهنده‌ها را مجدداً آرایش می‌کند تا مواد مختلفی را به عنوان محصول ایجاد کند.

واکنش‌های شیمیایی جزء جدایی ناپذیر فناوری، فرهنگ و زندگی هستند. سوزاندن سوخت‌ها، ذوب آهن، ساخت شیشه و سفال نمونه‌هایی از فعالیت‌های ترکیبی از واکنش‌های شیمیایی هستند که برای هزاران سال شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته‌اند. واکنش‌های شیمیایی در زمین‌شناسی زمین، اتمسفر و اقیانوس‌ها فراوان است و مجموعه وسیعی از فرآیندهای پیچیده در همه سیستم‌های زنده رخ می‌دهد.

دو مورد از مهم‌ترین واکنش‌های شیمیایی که ما می‌توانیم با استفاده از کاربردهای CFD شبیه‌سازی کنیم، احتراق و پیل‌های سوختی هستند.

احتراق (Combustion)

ما از مدل انتقال گونه‌ها (Species Transport) و معادله انرژی برای تعریف فرآیند احتراق استفاده می‌کنیم. ما معادلات پیوستگی و مومنتوم را برای همه گونه‌ها در این مدل محاسبه می‌کنیم. از آنجایی که ترکیب سوخت و هوا را به یک حجم تزریق می‌کنیم، از گزینه واکنش حجمی (Volumetric Reaction) استفاده می‌کنیم.

از آنجایی که معیار واکنش احتراق براساس نرخ اختلاط بین سوخت و هوا درنظر گرفته می‌شود، باید از گزینه پراکندگی گردابه‌ای (Eddy-Dissipation) استفاده شود. همچنین از گزینه منبع انرژی دیفیوژنی (Diffusion Energy Source) استفاده می‌شود زیرا واکنش حاوی منابع انرژی است.

همچنین امکان تولید آلاینده‌ها درحین وقوع یک فرآیند احتراق وجود دارد. در برخی از واکنش‌ها، اکسیدهای نیتروژن تولیدی شامل NO و NO₂ به نام NOx تحت عنوان آلاینده‌های واکنش شناخته می‌شوند. یکی از دلایل اصلی سرعت (نرخ) رشد این اکسیدهای نیتروژن، افزایش بیش از حد دما درون محفظه احتراق است.

پیل سوختی (Fuel Cell)

پیل سوختی وسیله‌ای است که از طریق یک واکنش شیمیایی، برق تولید می‌کند. پیل‌های سوختی از دو قطب الکتریکی (الکترودها) به نام‌های کاتد و آند تشکیل شده‌اند. واکنش‌های شیمیایی درون این الکترودها اتفاق می‌افتد و الکتریسیته تولید می‌شود.

علاوه براین، هر پیل سوختی یک الکترولیت و یک کاتالیزور نیز دارد، به طوری که وظیفه الکترولیت انتقال ذرات باردار بین الکترودها است، و ماموریت کاتالیزورها افزایش سرعت (نرخ) واکنش در الکترودها است. یکی از ویژگی‌های اصلی این پیل‌های سوختی، تولید برق با کمترین میزان آلودگی است.

هیدروژن به عنوان سوخت اولیه ورودی به پیل است، اما اکسیژن نیز برای تشکیل واکنش مورد نیاز است. درنهایت، عمده اکسیژن و هیدروژن ورودی به پیل به صورت یک محصول بی‌خطر (آب) تخلیه می‌شود.

از آنجایی که هر پیل سوختی فقط حداقل مقدار جریان مستقیم الکتریکی را تولید می‌کند، معمولاً سعی می‌شود که از تعداد زیادی پیل در دسته‌های بزرگ به نام استک (stack) استفاده شود.

مزیت پیل‌های سوختی نسبت به سایر منابع و روش‌های تولید الکتریسیته این است که پیل سوختی به‌وسیله واکنش شیمیایی بدون واکنش احتراق، الکتریسیته تولید می‌کند. بنابراین، این پیل‌های سوختی کارآمدتر (بازدهی بیشتر) هستند و با هزینه کمتری کار می‌کنند. نقطه ضعف این پیل‌ها این است که ساخت آنها با وجود عملکرد نسبتاً ساده آنها چالش برانگیز است.

شما می‌توانید لینک‌های پروژه‌های «احتراق دوجریانه» و «پیل سوختی (PEMFC)» را که توسط گروه پردازشگران مهر انجام شده‌اند، مشاهده کنید:

https://www.ansysfluent.ir/shop/two-stream-combustion-cfd-simulation-ansys-fluent-training/

https://www.ansysfluent.ir/shop/fuel-cell-pemfc-cfd-simulation/

گروه پردازشگران مهر، متخصص در زمینه شبیه‌سازی CFD

گروه پردازشگران مهر با چندین سال تجربه در شبیه‌سازی مسائل مختلف در زمینه‌های مختلف CFD با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده مدل‌سازی، مش‌بندی و شبیه‌سازی براساس نیاز مشتریان می‌باشد.

خدمات ما محدود به موضوع ذکر شده نیست و گروه پردازشگران مهر آماده انجام پروژه‌های متفاوت و چالش برانگیز است. شما می‌توانید به صورت رایگان و بدون هزینه با کارشناسان ما مشورت کرده و با ارسال جزئیات مسأله به ما از طریق آدرس زیر، پروژه خود را سفارش بدهید.

[email protected]

با سفارش پروژه خود به شرکت پردازشگران مهر به عنوان یک گروه مستقل شبیه‌سازی CFD، نه تنها فایل‌های پروژه مرتبط (هندسه، مش، و …) را دریافت خواهید کرد، بلکه یک فیلم آموزشی کامل نیز در اختیار شما قرار خواهد گرفت که نشان می‌دهد چگونه می‌توانید هندسه را ایجاد کنید، مش‌بندی کنید، و تنظیمات مورد نیاز (پیش‌پردازش، پردازش و پس‌پردازش) را در نرم‌افزار ANSYS Fluent خودتان به تنهایی تعیین کنید. علاوه براین، پشتیبانی پس از تحویل پروژه نیز برای روشن شدن مسائل و ابهامات موجود است.