نام پژوهشگر: مهدی رحمانی گورتانی

شبیه سازی فرایند جذب سطحی در عبور جریان هوا از یک بستر زئولیت با استفاده از روش شبکه بولتزمن
پایان نامه وزارت علوم، تحقیقات و فناوری - دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی مکانیک 1391
  مهدی رحمانی گورتانی   محمود اشرفی زاده

یکی از روش های تولید اکسیژن از هوا که کاربردهای زیادی در صنایع مختلف از جمله صنایع هواپیمایی و پزشکی دارد، استفاده از فرآیند جذب سطحی با تناوب فشار (psa) می باشد. در این فرآیند، در اثر عبور جریان هوا با فشار بالا از روی یک بستر فشرده که حاوی دانه های زئولیت می باشد، نیتروژن هوا جذب می شود و در نتیجه، اکسیژن غنی شده در خروجی بدست می آید. در کار حاضر، برای اولین بار فرآیند جذب نیتروژن با در نظرگرفتن جزئیات جریان با استفاده از روش شبکه بولتزمن (lb) شبیه سازی شده است. با توجه به اینکه نیتروژن حدود 79/0 هوا را تشکیل می دهد، جذب آن قطعاً باعث تغییر میدان سرعت جریان خواهد شد و لذا با روش های متداول lb نمی توان این شبیه سازی را انجام داد. لذا، برای انجام این مهم، ابتدا یک برنامه کامپیوتری برای حل جریان دوجزئی اکسیژن و نیتروژن در یک بستر فشرده بر پایه روش شبکه بولتزمن چندجزئی انتروپیک تهیه و تدوین و سپس فرآیند جذب بصورت شرط مرزی بر روی مرز دانه ها اعمال گردیده است. برای پیاده سازی فرآیند جذب دو روش مورد استفاده قرار گرفته است. در روش اول، فرآیند جذب به کمک شرط مرزی فشار متغیر با زمان بر روی مرز دانه ها مدل شده است. در راستای انجام این هدف، یک روش جدید برای اعمال شرط مرزی فشار روی مرزهای منحنی در روش شبکه بولتزمن ارائه گردیده است. بررسی های انجام شده نشان می دهد که این شرط مرزی تقریباً از مرتبه دوم دقت می باشد. نتایج حاصل از شبیه سازی های انجام شده با اعمال این شرط مرزی در حالت دوبعدی و سه بعدی نشان می دهد که این روش توانایی مدل سازی فرآیند جذب را دارد. در روش دوم، فرآیند جذب با استفاده از مدل نیرو محرکه خطی (ldf) و همدمای لانگمویر پیاده سازی شده است. صحت پیاده سازی روش با حل چند مسأله مختلف بررسی شده است. به کمک این روش، سه مرحله اصلی یک فرآیند psa یعنی فشارزنی، جذب و رهاسازی شبیه سازی شده اند. با وجود تغییرات شدید در فشار، برنامه تدوین شده این مراحل را به خوبی شبیه سازی نموده است. در شبیه سازی های انجام شده، تغییرات گرانروی و ضریب پخش در نظرگرفته شده است. تنها فرضیاتی که در نظرگرفته شده است، ثابت بودن دما و یکسان بودن جرم ملکولی اکسیژن و نیتروژن می باشد.