بهبود عملکرد و رشد مطلوب میکروجلبک‌ها در فتوبیوراکتور به‌ منظور تولید انرژی تجدیدپذیر، نیازمند درک کاملی از نرخ تولید بیومس و مصرف مواد مغذی، جنبه‌های هیدرودینامیکی جریان، انتقال جرم مناسب و تنظیم پارامترهایی از قبیل شدت و نحوه توزیع نور، گاز ورودی، اختلاط، الگوی جریان، دما، pH می‌باشد. از طرفی عملکرد بهینه فتوبیوراکتور جهت دستیابی به حداکثر نرخ رشد و حداقل هزینه، نیازمند افزایش مقیاس فرآیند، بهینه‌سازی فرآیند، پیش‌بینی فرآیند، کنترل شرایط فرآیند می‎باشد که تحقق این امر نیازمند تعداد آزمایشات زیاد می‌باشد. انجام آزمایشات زیاد، افزایش زمان و درنتیجه افزایش هزینه را برای رسیدن به هدف موردنظر در پی خواهد داشت. از طرفی پروژه‌های افزایش مقیاس فتوبیوراکتورها هنوز نیازمند برطرف نمودن مشکلات هیدرودینامیکی در داخل فتوبیوراکتور می‌باشند و به همین دلیل بهینه‌سازی پارامترهای رشد میکروجلبک‌ها مدنظر می‌باشد. کلید اصلی حل این مسئله مدل‌سازی فتوبیوراکتور، جهت ایجاد شرایط ایده آل و بهینه در داخل فتوبیوراکتور می‌باشد. با توجه به اینکه فراهم کردن شرایط بهینه و مناسب هیدرودینامیک و اختلاط بر روی جنبه‌های دیگر فتوبیوراکتور از جمله سینتیک رشد و انتقال حرارت و جرم تأثیر بسزایی دارد، تمرکز اصلی پروژه به بررسی تأثیر هیدرودینامیک، اختلاط و هوادهی بهینه بر روی عملکرد فتوبیوراکتور جهت دستیابی به فتوبیوراکتوری است که نسبت به مدل‌های دیگر دارای رژیم جریان داخل فتو‌‌بیوراکتور، انتقال جرم، اختلاط و هوادهی بهینه باشد. از آنجا که ارائه کاملی از ویژگی‌ها و شرایط هیدرودینامیکی با استفاده از دینامیک سیالات به‌خوبی امکان‌پذیر است اهمیت استفاده از این علم، خود را نشان می‌دهد. این تکنولوژی اجازه می‌دهد تا طراحان به درک درستی از دینامیک سیالات در یک فتوبیوراکتور، بدون تلاش‌های خسته‌کننده و با استفاده از معادلات ریاضی، دست یابند. امروزه گسترش دینامیک‌ سیالات محاسباتی و همچنین دسترسی به کامپیوترهای بسیار پیشرفته امکان مدل‌سازی فتوبیوراکتورها را فراهم کرده است. دینامیک سیالات محاسباتی یک ابزار توانا جهت تحلیل رفتار سیال و پدیده‌های همراه آن می‌باشد که به روش عددی کمک به‌ پیش‌بینی رفتار سیالات در فتوبیوراکتورهایی با اشکال پیچیده می‌نماید. یکی از کامل‌ترین نرم‌افزارهای دینامیک سیال محاسباتی جهت مدل‌سازی فتوبیوراکتور نرم‌افزار FLUENT ( فلوینت ) می‌باشد که امکان مدل‌سازی جریان‌های چندفازی و آشفته را برای بیان شرایط هیدرودینامیکی فراهم می‌کند. مدل‌سازی در فتوبیوراکتورها شامل ‌مدل‌سازی سینتیک ‌رشد، مدل‌سازی هیدرودینامیک جریان و انتقال جرم و انتقال حرارت می‌باشد.

آنچه در این کد خواهید آموخت:

1- نحوه مجزاسازی معادلات ناویر-استوکس به روش حجم محدود

2- نحوه شبیه سازی فتوبیوراکتور در یک شبکه باسازمان دوبعدی با استفاده از نرم افزار FLUENT ( فلوینت )

3- استفاده از شبیه سازی ناپایا

4- استفاده از مدل VOF

5- استفاده از مدل آشفته RNG k-ε Model

6- نحوه اعمال شرط مرزی سرعت ورودی

7- نحوه اعمال شرط مرزی دیواره

نکات و الزامات:

1- آشنایی اولیه با CFD و مفاهیمی مانند Upwind Methods

2- آشنایی با Finite Volume Methods

3- آشنایی با جریانهای آشفته