ترکیب کربن دی‌اکسید و اتانول (روش VOF)، شبیه سازی انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه (ترکیب کربن دی‌اکسید و اتانول)

هدف از این مسأله، شبیه سازی عددی فرایند ترکیب کربن دی‌اکسید (carbon dioxide) و اتانول (ethanol) در یک مخزن مستطیلی با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

مدل حاضر با استفاده از نرم افزار دیزاین مدلر (Design Modeler) به صورت سه بعدی طراحی شده است. مدل حاضر از یک مخزن مستطیلی عمودی برای ترکیب مواد به ابعاد 0.06 متر * 0.3 متر تشکیل شده است که دارای قسمت ورودی در پایین به عرض 0.002 متر می‌باشد.

مش بندی مدل با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) انجام شده است. مش بندی از نوع با سازمان (structured) بوده و سلول 73788 ایجاد شده است.

همچنین حلگر گذرا (transient) استفاده شده است، با توجه به ماهیت مسئله که بررسی تغییرات کسر حجمی فازهای مذکور در گذر زمان است.

روش‌های استفاده شده

برای شبیه سازی حاضر، مدل چندفازی حجم سیال (volume of fluid (VOF)) به منظور تعریف دو فاز کربن دی‌اکسید و اتانول استفاده شده است. اجزای تشکیل دهنده این فرآیند شامل کربن دی‌اکسید با وزن مولکولی 00995/44 کیلوگرم بر کیلوگرم و اتانول با وزن مولکولی 966/28 کیلوگرم بر کیلومتر مول می‌باشد.

جریان ورودی از قسمت پایین با دمای 300 کلوین وارد مخزن می‌شود. فشار جریان ورودی متغیر و وابسته به زمان است. برای این منظور از شرایط مرزی ورودی فشار (pressure-inlet) در مرز ورودی استفاده می‌شود که دارای تابع تعریف شده توسط کاربر (UDF) به صورت 8000000 + 66666.666 * t می‌باشد.

همچنین دمای جریان ورودی روی 300K تنظیم شده است. این فرآیند شبیه سازی در 180 ثانیه با گام زمانی 0.5 ثانیه انجام شده است.

علاوه براین، مدل توربولانسی k-epsilon standard و معادله انرژی (energy equation) برای حل معادلات سیال آشفته و محاسبه توزیع دما در دامنه محاسباتی استفاده می‌شود.

نتایج

در پایان فرآیند حل، کانتورهای (contour) دو بعدی مربوط به دما، فشار، سرعت و کسر حجمی (volume fraction) برای هر فاز به دست می‌آید.

این کانتورها در آخرین ثانیه از مدت زمان فرآیند شبیه سازی به دست می‌آیند. به عنوان مثال، همان‌طور که در کسر حجمی اتانول و کانتور سرعت مشاهده می‌شود، یک جریان ثانویه در دامنه محاسباتی تشکیل می‌شود و باعث فرآیند اختلاط یا ترکیب می‌شود.