سیستم فلر با در نظر گرفتن احتراق، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه سیستم فلر با در نظر گرفتن احتراق

در این پروژه، احتراق در سیستم فلر گاز را با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) شبیه سازی کرده ایم.

هندسه سه بعدی این پروژه با استفاده از نرم افزار ANSYS Design Modeler به صورت سه بعدی طراحی شده است. با توجه به ساختار متقارن مدل و برای کاهش هزینه محاسباتی، تنها یک بخش 120 درجه ای از هندسه مدل سازی شده است. مدل شعله ور دارای یک ساختار استوانه ای است که در داخل یک فضای محاسباتی استوانه ای قرار دارد. بخش های مختلفی مانند بخار، جریان گاز و پیلوت در نوک فلر تعریف شده است.

مش بندی مدل با استفاده از نرم افزار ANSYS Meshing انجام شده است. تعداد سلول های محاسباتی 1043138 است.

روش های استفاده شده

سیستم فلر که به عنوان فلر گازی نیز شناخته می شود، یک دستگاه احتراق است که در واحدهای صنعتی مانند پالایشگاه های نفت و گاز و تولید چاه های نفت و گاز به ویژه در سکوهای دریایی استفاده می شود. برای انجام این پروژه از مدل انتقال گونه ها (Species Transport) استفاده شده است. ماده تعریف شده گونه انتقالی یک مخلوط n-بوتان-هوا است که از 9 گونه گازی شامل C4H10، O2، CO2، H2O، H2، CH4، C2H6، C3H8 و N2 تشکیل شده است.

مدل حجمی نیز برای فعال کردن واکنش های شیمیایی و در نتیجه فرآیند احتراق فعال می شود. این فرآیند سوزاندن شامل پنج واکنش شیمیایی مختلف به شکل زیر است:

در نوک فلر یک جریان گاز با دبی 0.09259 کیلوگرم بر ثانیه به صورت ترکیبی از هیدروکربن ها وارد محیط می شود. در همان زمان، یک جریان متان از شعله پایلوت و یک جریان بخار از مرز ورودی بخار، هر دو با سرعت 2.479 متر بر ثانیه، وارد حوزه می شوند تا مخلوط را مشتعل کند.

مدل استاندارد k-epsilon برای حل معادلات آشفتگی در نظر گرفته شده است و معادله انرژی به منظور محاسبه توزیعات دمایی ناشی از احتراق، فعال شده است.

نتایج شبیه سازی سیستم فلر با در نظر گرفتن احتراق

در پایان فرآیند حل، کانتورهای سه بعدی مربوط به سرعت و کسر جرمی هر گونه گاز مدل‌سازی شده در این شبیه‌سازی به دست می‌آید. برای مثال با بررسی کانتور سه بعدی گاز دی اکسید کربن به خوبی می توان دریافت که واکنش شیمیایی احتراق و تولید گاز دی اکسید کربن انجام می شود. همچنین، همانطور که مشاهده می شود، با دور شدن از مرز ورودی سوخت، کسر جرمی گونه های در نظر گرفته شده در مخلوط سوخت کاهش می یابد. در مقابل، کسر جرمی گونه های شیمیایی محصولات واکنش در این مسیر افزایش می یابد.