شبیه سازی جریان همراه با واکنش شیمیایی به روش شبکه بولتزمن

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.