भट्ठी में गैस मिश्रण के लिए इष्टतम डिजाइन के लिए तरल पदार्थ की गतिशीलता का शोषण


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पृष्ठभूमि

मानक थर्मल भट्ठी

यह क्लॉस प्रक्रिया में प्रयुक्त थर्मल भट्टी के लिए मानक डिजाइन है, जो एच 2 एस को एसओ 2 में परिवर्तित करता है । भट्ठी के साथ मुख्य समस्या यह है कि गैस मिश्रण बल्कि खराब है और केवल 60% रूपांतरण दर का परिणाम है। बदले में यह अशुद्धियों को संभालने के लिए डाउनस्ट्रीम उपकरण की लागत को बढ़ाता है। गैसों के मिश्रण में सुधार के लिए एक डिजाइन की मांग की जाती है।

एच 2 एस और ओ 2 को अलग से रिएक्टर में खिलाया जाता है। दहन प्रतिक्रिया शुरू होती है और लगभग 1400 डिग्री सेल्सियस तक तापमान बढ़ जाता है। रिएक्टर के केंद्र में चोक बिंदु गैसों को इसके दोनों ओर बेहतर मिश्रण के लिए मजबूर करने के लिए है।

मैंने अब तक जो किया है

मेरे पास इंजेक्टर पर एक डिज़ाइन संशोधन है जो मोटर वाहनों में ईंधन इंजेक्टरों से ली गई प्रेरणा के साथ बहुत अधिक मिश्रण की अनुमति देता है।

संशोधित इंजेक्टर

मैंने इस ड्राइंग में चोक पॉइंट को शामिल नहीं किया। यह केवल अवधारणा की वैधता का परीक्षण करने के लिए किया गया था।

दो-कोण वाले इंजेक्टर इनलेट गैसों के क्षैतिज और साथ ही रेडियल वेग प्रदान करते हैं। यह द्रव पर एक चक्करदार प्रभाव का कारण बनता है, लगभग 60% मिश्रण में सुधार होता है। यहां मिश्रण को आउटलेट उत्पाद वितरण की समरूपता के रूप में परिभाषित किया गया है।

लाभ दो गुना हैं: गैस कणों को घूमने के कारण आगे की यात्रा करने की आवश्यकता होती है, जिससे रिएक्टर में रहने का समय बढ़ जाता है। इस प्रकार, एक बड़ा रूपांतरण भी प्राप्त किया जाता है, या एक अलग दृष्टिकोण से देखा जाता है, मानक इकाई के रूप में एक ही रूपांतरण प्राप्त करने के लिए एक छोटे रिएक्टर की आवश्यकता होती है, नाटकीय रूप से लागत को कम करता है।

प्रश्न

मैं मिश्रण में सुधार करने के लिए कुछ तरल गतिकी की घटनाओं का फायदा उठाना चाहता हूं। उदाहरण के लिए एड़ी गठन, चोकिंग अनुभाग में उपयोग किया जाता है। मिश्रण को बेहतर बनाने के लिए और क्या किया जा सकता है? क्या सुविधाओं को जोड़ा / हटाया जा सकता है?

पुनश्च: शब्दों में अपने प्रस्तावित डिजाइन की व्याख्या करें, वास्तविक मॉडलिंग की कोई आवश्यकता नहीं है।
बेशक, यह मुझे विचार को देखने में मदद करेगा, लेकिन यह आवश्यक नहीं है।

मेरे पास फ्लुएंट तक पहुंच है जिसमें मैं इन डिजाइनों का अनुकरण करता हूं और उनकी तुलना मानक इकाई से करता हूं।

मैं अभी भी यह देखने के लिए उत्सुक हूं कि आप क्या कर सकते हैं।


यह एक दिलचस्प प्रक्रिया है, लेकिन ऐसा लगता है कि आप अपनी समस्या के अधिकांश विवरण को मिश्रण और रूपांतरण दर बढ़ाने के तरीकों को दिखाते हुए सवाल का जवाब देने में खर्च करते हैं। आपको उत्तर के रूप में अपने तरीकों को पोस्ट करना चाहिए। शायद कोई आपके परिणामों को हरा देगा - या शायद नहीं!
हवा

मैं वह करूंगा, धन्यवाद। और मैं वास्तव में आशा करता हूं कि कोई मेरी पिटाई करे! 100% के पास हासिल करने का एक तरीका है, मुझे यकीन है कि हमें इसे ढूंढना होगा।
22134484

जवाबों:


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जहाँ तक मैं आपके प्रश्न को समझता हूँ आप दो गैसों को एक दूसरे में फैलाने / मिलाने का एक तरीका खोज रहे हैं। समीकरणों की विशेषताओं के कारण "सही ढंग से" अनुकरण करने के लिए प्रक्रिया बहुत कठिन है। हालांकि, यह काफी संभावना नहीं है कि आपके पास भविष्यवाणी की तुलना में एक बदतर मिश्रण होगा क्योंकि मॉडल आमतौर पर अशांत मिश्रण प्रक्रियाओं को कम करते हैं। आपकी सबसे बड़ी समस्या आपके सिस्टम के ऑपरेटिंग दबाव के आधार पर अशांत मिश्रण से जुड़ा दबाव हानि हो सकती है।

अच्छी बात यह है कि बहुत सारे अनुप्रयोगों में मिश्रण की आवश्यकता होती है शायद आप कुछ विचार प्राप्त कर सकते हैं:

नासा ने उनके तरल-तरल दहन-कक्षों के लिए बहुत सारे मिश्रण मिश्रण प्रक्रियाओं की जांच की: Nasamixing

जीई, प्रैट और रोल्स रॉयस ने अपने जेट-इंजनों के बाईपास और कोर-फ्लो को मिलाने के सबसे कुशल तरीके की जांच की है: यहाँ छवि विवरण दर्ज करें

और अंत में उड़ान और स्थिर गैस टरबाइन मैन्युफैक्चरर्स ने हवा और ईंधन को मिलाने के लिए एक बहुत ही कुशल (तेज़) तरीके के साथ आने के लिए एक बहुत प्रयोग किया है: यहाँ छवि विवरण दर्ज करें

मूल रूप से, सभी उदाहरणों के पीछे का विचार दो तरल पदार्थों की सतह को बढ़ाना है। आणविक स्तर पर मिश्रण / प्रसार केवल तापमान को बढ़ाकर ही बढ़ाया जा सकता है। तो एक दिए गए तापमान पर मिश्रण को केवल मिश्रण-सतह को बढ़ाकर बढ़ाया जा सकता है और आणविक को बड़े पैमाने पर होने दिया जा सकता है।

हालांकि, विशेष रूप से कतरनी-परतें और घूमने वाले प्रवाह जो अंतिम उदाहरण में उपयोग किए जाते हैं, अनुकरण करना बहुत कठिन है क्योंकि अशांति के मॉडल अक्सर भौतिकी को अच्छी तरह से पकड़ नहीं पाते हैं।

एक संक्षिप्त सारांश या अपने प्रश्न के लिए टिप्पणी:

मैं मिश्रण में सुधार करने के लिए कुछ तरल गतिकी की घटनाओं का फायदा उठाना चाहता हूं।

मिश्रण की केवल एक मूल घटना है और वह है प्रसार। लगातार प्रसार करते समय मिश्रण को बढ़ाने के लिए मिश्रण-सतह-क्षेत्र को बढ़ाकर किया जाता है जो कतरनी परतों को घुमाने से सबसे अधिक कुशलता से किया जाता है।


शानदार जवाब के लिए धन्यवाद। मैं इन विचारों पर गौर करूंगा। मेरे दोस्त और मैं सोच रहे थे कि भट्टी की डिज़ाइन ने 100years के करीब इतना बदलाव क्यों किया? एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव उद्योग उचित मिश्रण पर बहुत अधिक भरोसा करते हैं, इसलिए तकनीक को अधिक मानक रासायनिक प्रक्रियाओं में स्थानांतरित क्यों नहीं किया जाता है?
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धाराप्रवाह मॉडल की एक विस्तृत श्रृंखला है। इस विशेष समस्या के लिए आप कौन सा कहेंगे, सबसे अच्छा प्रदर्शन करेंगे?
22134484

मुझे लगता है कि जब तक आप 2 डी स्थिर को हल कर रहे हैं (जो कि मैं व्यावहारिक दृष्टिकोण से समझता हूं और समर्थन करता हूं) आप एसए जैसे सरल मॉडल के साथ भी जा सकते हैं। मुझे लगता है कि आप वास्तविक संख्या का अनुमान लगाने में सक्षम नहीं होंगे, लेकिन आप मिश्रण के परिवर्तन की तुलना कर सकते हैं (कुछ मिश्रण की प्रतिशत वृद्धि की तरह)।
rul30

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प्रारंभिक परिणाम

मैंने प्रवाह को अलग करने के लिए चोकिंग पॉइंट से पहले एक शंक्वाकार संरचना जोड़ी। मूल रूप से तरल पदार्थ काटना। यह शंकु 4 समर्थन के साथ जुड़ा हुआ है। यह विन्यास एक हास्यास्पद राशि से मिश्रण में वृद्धि हुई। मैंने एक निकट रैखिक उत्पाद वितरण हासिल किया। हालांकि, मैंने इस शंकु पर तापमान या संरचनात्मक विश्लेषण को चलाने के लिए मान्य नहीं किया है कि यह तापमान या उस पर लागू लोड के साथ हो सकता है या नहीं। इस शंकु को मानक संरचना में जोड़ा गया था। आगे का विश्लेषण शंकु और दो बार एंगल्ड इंजेक्टर के साथ किया जाना चाहिए।

सीमाओं पर एडी के गठन में सहायता के लिए एक साइनसोइडल दीवार को भट्टी में जोड़ा गया था। इसने उत्पाद वितरण की रैखिकता में वृद्धि की, लेकिन रूपांतरण दर को कम किया, जिसे मैं फिलहाल नहीं समझता।

मॉडलिंग प्रक्रिया में सहायता के लिए, एक सरल प्रतिक्रिया का उपयोग किया जाता है। 600 केल्विन में बेंजीन और ऑक्सीजन को रिएक्टर में डाला जाता है।

निम्नलिखित सभी छवियों की किंवदंती 0% (स्पष्ट) से लेकर 100% (लाल) तक है। चलाए जा रहे सभी परिदृश्य, बिल्कुल समान ऑपरेटिंग परिस्थितियों और रिएक्टरों की कुल लंबाई स्थिर रहती थी।

परिणामस्वरूप रूपांतरण इस प्रकार दिखता है:

मानक

आउटलेट पर परिणामी औसत रूपांतरण 40.09% पाया गया।

शंक्वाकार संरचना को जोड़ने के साथ, रूपांतरण 43.43% तक बढ़ गया और निम्नानुसार है:

शंकु

रूपांतरण में एक बड़ा सुधार तब देखा गया जब दो चोक पॉइंट जोड़े गए। जो रूपांतरण पाया गया था: 78.46%। जो कि मानक रिएक्टर की तुलना में लगभग दोगुना है।

डबल चोक

अगले पुनरावृत्ति, रिएक्टर के लिए गोल सुविधाओं को शामिल करना। इसके परिणामस्वरूप 78.57% का अंतिम रूपांतरण हुआ, जो किसी भी उपाय से बड़ी वृद्धि नहीं है। लेकिन, यह सस्ते में किया जा सकता है।

डबल चोक फ़िल्टर

दो शंकु जहां डबल चोक डिजाइन में जोड़े गए ताकि शंकु की ज्यामिति डिब्बों में एड़ी के गठन में सहायता कर सके। परिणाम अपेक्षित था, और 85.35% का रूपांतरण पाया गया।

डबल चोक डबल कोन

पिछली डिज़ाइन को पिछली डिज़ाइन के समान गोलाई के साथ संशोधित किया गया था। इसके परिणामस्वरूप 86.71% रूपांतरण हुआ

डबल चोक डबल कोन पट्टिका

मेरे इन प्रयोगों से पता चलता है कि इस पुरातन डिजाइन में किए जाने वाले सुधार हैं (शाब्दिक रूप से, यह 90 के दशक से आया था) कुछ खास घटनाओं का फायदा उठाकर।

मैं वर्तमान में डबल चोक, डबल कोन, दो बार एंगल्ड इंजेक्टर के साथ गोल डिजाइन के साथ मुकाबला करने की प्रक्रिया में हूं।


@ एयर: संपादन और किसी अन्य पोस्ट के संदर्भ के लिए धन्यवाद।
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क्या आप अपने द्वारा सेट किए गए सिमुलेशन पर थोड़ी टिप्पणी कर सकते हैं? कोड का इस्तेमाल किया, अशांति मॉडल, सीमा की स्थिति, (संयुक्त राष्ट्र) स्थिर, पुनरावर्तन मॉडल? लेकिन इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह 2 डी है? आपके "शंकु" कर्म-प्रकार के अलगाव दिखाते हैं। वे केवल प्रिज्मीय संरचनाओं पर हो सकते हैं।
rul30

हाँ, सेटअप की कुछ जानकारी यहाँ अच्छी होगी। आपने प्रश्न में कहा था कि मूल डिजाइन में 60% रूपांतरण होता है। क्या आपने उस परिणाम को सफलतापूर्वक मॉडलिंग की है? यदि सिमुलेशन कार्यप्रणाली मौजूदा डेटा से मेल नहीं खा सकती है, तो यह डिजाइन सुधार के लिए बहुत अच्छा नहीं है।
दान

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वॉन कर्मन (स्ट्रॉहल) एक सिलेंडर की अस्थिरता (या आपके मामले में कील) प्रवाह की एक आवधिक जुदाई की सुविधा देती है। जुदाई बुलबुला ऊपर और नीचे "flipping" है। अब एक शंकु या गोले की कल्पना करें: चूँकि अब प्रवाह अक्षीय है, तो पृथक्करण ऊपर और नीचे नहीं बह सकता (विशेष मामलों में जो आपके अनुप्रयोग के लिए प्रासंगिक नहीं हैं, अक्षीय दोलन हो सकता है)
rul30

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यहां विस्तृत रासायनिक कैनेटीक्स आवश्यक नहीं हो सकते हैं। जहां तक ​​मैं बता सकता हूं कि यह एक गैर-प्रमुख दहन समस्या है, जिसे आमतौर पर असीम रूप से तेज रसायन (मिश्रित जला दिया जाता है) के साथ काफी अच्छी तरह से मॉडल किया जा सकता है। यह प्रतिक्रिया की गणना की कम्प्यूटेशनल लागत को काफी कम कर देगा, एक महीन जाल का उपयोग करने के लिए संसाधनों को मुक्त कर देगा।
दान

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rul30 ने इसे सबसे अच्छा रखा:

मूल रूप से, सभी उदाहरणों के पीछे का विचार दो तरल पदार्थों की सतह को बढ़ाना है। आणविक स्तर पर मिश्रण / प्रसार केवल तापमान को बढ़ाकर ही बढ़ाया जा सकता है। तो एक दिए गए तापमान पर मिश्रण को केवल मिश्रण-सतह को बढ़ाकर बढ़ाया जा सकता है और आणविक को बड़े पैमाने पर होने दिया जा सकता है।

इसे करने का एक तरीका स्टेटिक मिक्सर हैं । एक स्थिर मिक्सर ब्लेड की एक श्रृंखला है, आमतौर पर पेचदार होता है, जो एक पाइप में डाला जाता है। ब्लेड 'कट' करेंगे और द्रव को मोड़ेंगे ताकि विभिन्न मात्रा तत्व संपर्क में हों।

हालाँकि, आप 2D में एक मॉडल नहीं बना पाएंगे। विभिन्न प्रकार हैं - पेचदार:
पेचदार स्टेटिक्स मिक्सर
एक्स तत्व:
एक्स तत्व स्टेटिक्स मिक्सर
और अन्य।

सही मिक्सर चुनना शायद अपने आप में एक विज्ञान है, पहली नज़र में मुझे केवल चिपकने वाले उत्पादन में उनके उपयोग के बारे में लेख मिला - ये मिक्सर अक्सर तरल-तरल और तरल-गैस अनुप्रयोग में उपयोग किए जाते हैं। यह पृष्ठ गैस-गैस अनुप्रयोग , एक नालीदार प्लेट प्रकार के लिए एक और प्रकार की सलाह देता है । गैस-गैस मिश्रण के लिए स्टेटिक मिक्सर का उपयोग निकास गैस उपचार में भी किया जाता है, यह आगे के अनुसंधान का एक अवसर हो सकता है।

तस्वीरें: शूमाकर वेरफैरेनस्टीनिक


... एक और एवेन्यू - पता करें कि यह आमतौर पर इस तरह से क्यों नहीं किया जाता है।
मार्ट

इस प्रकार अब तक पोस्ट की गई हर चीज के साथ, हमने बड़ा रूपांतरण देखा है या उनसे कम से कम उम्मीद की है। मुझे नहीं पता कि उद्योग अभी भी पुराने डिजाइन का उपयोग क्यों कर रहा है। सुधार हुआ है, हाँ। लेकिन ज्यादातर भट्टियां, जो कुछ भी किया जा सकता है, उसे सीमित करना। खरोंच से भवन डिजाइन सुधार के लिए अधिक जगह की अनुमति देता है। Mst के आम सुधारों में बेहतर इंजेक्टर शामिल हैं, लेकिन वे डिजाइन में भी आदिम हैं। मूल रूप से, एक इनलेट को विभाजित करते हुए, कहते हैं, 10 छोटे। यह इसके बारे में।
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