بررسی عددی جریان و توزیع غلظت اجزاء در واکنش شیمیایی داخل کانال با مانع با روش شبکه بولتزمن

روش شبکه بولتزمن یک چهارچوب مشخص، برای شبیه سازی انتقال جرم و واکنش شیمیایی در هندسه های پیچیده، هنگامی که جواب های دقیق نقطه به نقطه در مقیاس مزوسکوپیک مد نظر باشد فراهم می کند. در این پژوهش، رفتار جریان گاز واکنش دهنده و تراکم ناپذیر ایزوپروپیل الکل بر روی سطح سیلندرهای استوانه ای از جنس کربن فعال که یون های مس به عنوان کاتالیست بر روی آن پراکنده شده است و در درون یک راکتور لوله ای محصور می باشد توسط روش شبکه بولتزمن دو بعدی مطالعه شده است. واکنش هیدروژن زدایی در سطح کاتالیست انجام می شود و استون و هیدروژن به عنوان محصولات واکنش تولید می شوند. در گام اول جریان و انتقال حرارت جابجایی بدون در نظر گرفتن واکنش شیمیایی شبیه سازی گردیده و سپس این دو مشخصه همراه با انتقال جرم، با در نظر گرفتن واکنش هیدروژن زدایی ایزوپروپیل الکل شبیه سازی شده است. جریان، دما و غلظت محاسبه شده توسط روش شبکه بولتزمن با نتایج پژوهش های چاپ شده آزمایشگاهی و عددی در متون علمی مورد مقایسه قرار گرفت و میان آنها تطابق بسیار خوبی مشاهده گردید. تأثیر تعداد سیلندرها و آرایش آنها و همچنین سرعت ورودی در درصد تبدیل واکنش مورد مطالعه قرار گرفته است. مشاهده گردید که کاهش سرعت ورودی می تواند درصد تبدیل را بهبود بخشد به طوری بیشترین تغییر در سرعت های پایین ورودی که در آن نفوذ طبیعی پدیده غالب است مشاهده می شود.