عنوان این پروژه مدل­سازی و شبیه­ سازی راکتورهای بسترسیاله همراه با واکنش شیمیایی با افزایش حجم گاز در راکتورهای مخروطی می­‌باشد و هدف این است که رفتار بسترهای مخروطی درونی و بیرونی را در حضور واکنش شیمیایی، با استفاده از نرم افزار FLUENT ( فلوینت ) بررسی کنیم. انجام این پروژه ازآن‌ جهت ضرورت دارد که می­توان با استفاده از نرم­ افزارهای CFD شرایط بهینه جهت عملکرد این نوع راکتورها را پیدا کرد و این کار از هزینه ­های گزاف مورد نیاز جهت انجام کارهای آزمایشگاهی جلوگیری می­‌کند. همچنین، به دلیل رفتار پیچیده­‌ی جریان سیال-جامد در این بسترها بیش­تر تحقیقات به‌صورت آزمایشگاهی انجام شده‌­اند و بررسی شبیه ­سازی این بسترها خیلی کم انجام شده است. در این تحقیق، رفتار بسترهای مخروطی درونی و بیرونی در حضور واکنش شیمیایی بررسی شده است. سیستم در نظر گرفته شده متشکل از دو فاز جامد و سیال می­ باشد و فاز سیال یک جریان گاز متشکل از اکسیژن، نیتروژن و متان می­‌باشد. شبیه ­سازی ­ها به ­صورت دوبعدی و با استفاده از دیدگاه اولرین-اولرین و با به کار بردن تئوری جنبشی جریان گرنولار برای فاز جامد انجام شده‌اند. در این تحقیق، تأثیرات زاویه‌ی رأس بستر و ارتفاع اولیه ­ی ذرات جامد بر روی میزان پیشرفت واکنش و افت فشار بستر در بسترهای مخروطی درونی و بیرونی بررسی شده است، علاوه ­براین، بسترهای مخروطی درونی، بیرونی و استوانه­ ای از نظر میزان پیشرفت واکنش و افت فشار بستر مقایسه شده‌­اند. از نرم­ افزار گمبیت جهت ایجاد هندسه‌ی بستر استفاده شده و با روش مربعی شبکه ­بندی انجام شده است و از نرم ­افزار با استفاده از نرم افزار FLUENT ( فلوینت ) جهت حل معادلات حاکم استفاده شده است. معادلات حاکم در حالت ناپایا بوده و به­ صورت عددی و با استفاده از روش حجم محدود گسسته­ سازی شده ­اند. نتایج شبیه ­سازی ­های هیدرودینامیکی نشان می­‌دهد که در رژیم بستر ثابت و در سرعت­ های پایین گاز جریان سیال-جامد، آرام و در رژیم کاملاً سیاله شده جریان سیال-جامد آشفته می ­باشد. نتایج شبیه‌سازیِ راکتورهای مخروطی نشان می‌دهد که در شرایط یکسان برای بسترهای سیال استوانه‌ای، مخروطی درونی و بیرونی بیش­ترین میزان تبدیل واکنش و بیش­ترین میزان افت فشار مربوط به بسترهای مخروطی درونی می­ باشد. همچنین، نتایج نشان می ­دهد که اختلاف نسبتاً کمی بین میزان تبدیل واکنش در بسترهای مخروطی بیرونی و استوانه ­ای وجود دارد. علاوه ­براین، با افزایش زاویه­ ی رأس بستر و افزایش ارتفاع ذرات جامد میزان تبدیل واکنش در بسترهای مخروطیِ درونی ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد و این بدان معناست که در بسترهای مخروطی درونی یک مقدار بهینه برای زاویه ­ی رأس بستر و ارتفاع ذرات جامد وجود دارد که در آن مقادیر بیش­ترین میزان تبدیل واکنش به دست می ­آید، ولی در بسترهای مخروطی بیرونی افزایش این دو پارامتر تأثیر ناچیزی بر روی میزان تبدیلِ واکنش می­ گذارد. بررسی تأثیر زاویه ­ی رأس بستر در راکتورهای مخروطی درونی و بیرونی نشان می ­دهد که میزان افت فشار با افزایش زاویه­ ی رأس بستر کاهش می­ یابد، ولی این میزان کاهش در بسترهای مخروطی بیرونی شدیدتر از مخروطی درونی می­ باشد.

آنچه در شبیه سازی بسترهای سیال خواهید آموخت:

1- نحوه شبیه سازی بسترهای سیال استوانه ای، مخروطی درونی و مخروطی بیرونی

2- نحوه استفاده از نرم افزار گمبیت جهت ایجاد شبکه و تنظیمات یک بستر سیال در نرم افزار FLUENT ( فلوینت ) 

3- نحوه اعمال شرایط مرزی مربوط به یک بستر سیال

4- نحوه نوشتن UDF برای بسترهای سیال مخروطی درونی

الزامات:

۱- آشنایی با مفاهیم CFD و نحوه کار با نرم افزارهای گمبیت و فلوئنت

۲- آشنایی با نحوه نوشتن UDF در نرم افزار فلوئنت

۳- آشنایی با مفاهیم مربوط به بسترهای سیال استوانه ای، مخروطی درونی و مخروطی بیرونی