Skip to main content
SUPERVISOR
مسعود حق شناس فرد (استاد مشاور) محمود اشرفی زاده (استاد راهنما) حسن سبزیان (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mehdi Rahmani Gourtani
مهدی رحمانی گورتانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1382
The adsorptions of oxygen and nitrogen in a Pressure Swing Adsorption (PSA) process have been simulated using the lattice-Boltzmann method. The entropic D3Q27 lattice model for a multi-component (oxygen and nitrogen) flow through a packed bed is proposed and a new boundary condition of oxygen and nitrogen adsorption was applied on the solids surfaces. The Boltzmann method satisfies both the Navier-Stokes equations and the Stefan-Maxwell diffusion equations. In order to evaluate the adsorption rate, the Linear Driving Force (LDF) model and the Langmuir multi-component isotherm were used. To verify the correctness of the presented model, the adsorption rate of each component has been compared with those obtained using the Langmuir isotherm model for single and multi-component test cases. Results confirmed the accuracy of the proposed model. Key Words: Adsorption, Entropic, Lattice Boltzmann method, Multi-component .
یکی از روش‌های 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) می‌باشد. در این فرآیند، در اثر عبور جریان هوا با فشار بالا از روی یک بستر فشرده که حاوی دانه‌های زئولیت می‌باشد، نیتروژن هوا جذب می‌شود و در نتیجه، اکسیژن غنی‌شده در خروجی بدست می‌آید. در کار حاضر، برای اولین بار فرآیند جذب نیتروژن با در نظرگرفتن جزئیات جریان با استفاده از روش شبکه بولتزمن (LB) شبیه‌سازی شده است. با توجه به اینکه نیتروژن حدود 79/0 هوا را تشکیل می‌دهد، جذب آن قطعاً باعث تغییر میدان سرعت جریان خواهد شد و لذا با روش‌های متداول LB نمی‌توان این شبیه‌سازی 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 دانه‌ها اعمال گردیده است. برای پیاده‌سازی 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 دانه‌ها 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. بررسی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که این شرط مرزی تقریباً از مرتبه دوم دقت می‌باشد. نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌های انجام شده با اعمال این شرط مرزی در حالت دوبعدی و سه‌بعدی نشان می‌دهد که این روش توانایی مدل‌سازی فرآیند جذب را دارد. در روش دوم، فرآیند جذب با استفاده از مدل نیرو محرکه خطی (LDF) و همدمای لانگمویر پیاده‌سازی شده است. صحت پیاده‌سازی روش با حل چند مسأله مختلف بررسی شده است. به کمک این روش، سه مرحله اصلی یک فرآیند PSA یعنی فشارزنی، جذب و رهاسازی شبیه‌سازی شده‌اند. با وجود تغییرات شدید در فشار، برنامه تدوین‌شده این مراحل را به خوبی شبیه‌سازی نموده است. در شبیه‌سازی‌های انجام شده، تغییرات گرانروی و ضریب پخش در نظرگرفته‌‌‌شده است. تنها فرضیاتی که در نظرگرفته‌شده است، ثابت بودن دما و یکسان بودن جرم ملکولی اکسیژن و نیتروژن می‌باشد. کلمات کلیدی: روش شبکه بولتزمن، انتروپیک، دوجزیی، جذب سطحی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی