شبیه‌سازی cfd جریان دوفازی جفت شده با واکنش‌های شیمیایی در یک راکتور جریان پلاگ

درک این ‌که یک فرایند چگونه کار می‌کند، لازمه‌ی طراحی و بهره‌برداری موفق از آن فرآیند می‌باشد. هضم بی‌هوازی یک فرایند بیوشیمیایی پیچیده‌ی چند مرحله‌ای است که شامل تعدادی واکنش‌های میانی است که توسط گروه‌های گوناگونی از میکروارگانیسم‌های بی‌هوازی صورت می‌گیرد. در این پژوهش شبیه‌سازی بر پایه‌ی دینامیک سیال های محاسباتی (cfd) سه بعدی جفت شده با واکنش‌ها در یک راکتور نیمه پیوسته‌ی پلاگ انجام شد. از نرم‌افزار تجاری fluent 6.3  برای حل معادله های حاکم استفاده شد. شبیه‌سازی جریان دو فازی گاز مایع با استفاده از مدل چند فازی اولر و مدل آشفتگی k-ε (rng) انجام شد. هیدرودینامیک و واکنش‌های هضم بی‌هوازی درون راکتور از روش قاب مرجع چندگانه (mrf) مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه های شبیه سازی نشان داد الگوی جریان درون راکتور به شدت تحت تاثیر لزجت و چگالی سوبسترا و شدت همزدن است. مقایسه سه سرعت هم زدن نشان داد هم زدن با شدت زیاد، فاز گاز بالای راکتور را تحت تاثیر قرار می دهد. کانتور غلظت های مولی ch4 و co2 در سامانه بی هوازی یک الگوی جریان پلاگ را نشان داد.

TwoPhase CFD Simulation Coupled with Chemical Reactions in a PlugFlow Reactor

In order to design and exploit a process successfully, it’s necessary to understand how it works. Anaerobic digestion is a sequential complex biochemical process that involves a series of reactions that are mediated by several different groups of anaerobic microorganisms. This research describes a simulationbased on threedimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) coupled with reactions in a semicontinuous Plug Flow Reactor (PFR). The commercial software FLUENT 6.3 was employed to solve the governing equations. The gasliquid flow was modeled using a Eulerian multiphase and ke turbulence (RNG) model. Hydrodynamics and anaerobic digestion reactions investigated the mixing regime using the Multiple Reference Frame (MRF) model within the whole multiphase bioreactor. Simulation results indicate that flow pattern within the reactor was highly influenced by the substrate density and viscosity, and stirring intensity. A comparison of three impellers mixing speed in the reactor demonstrates that mixing intensity has affected the gas phase above the fluid surface. Such a mixing intensity may create a turbulent region with a homogenous mixture of gas and liquid, which is not suitable for this anaerobic digestion. Concentration profiles of CH4 and CO2 in the anaerobic system displayed a plug flow pattern.