آناليز انحلال گاز هيدروژن در سوخت هيدروكربني از ديدگاه انتقال جرم با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي

Analysis of the Hydrogen Solubility in Hydrocarbon Fuel from Mass Transfer View of Point Using CFD

در اين تحقيق، يك مدل دوبعديCFD براي بررسي هر دو پديده هيدروديناميك و انتقال جرم و تاثير آنها بر انحلال گاز هيدروژن در يك سوخت هيدروكربني به كار رفته است. براي اين منظور، مدل اولرين- اولرين با به‌كارگيري روش حجم محدود استفاده شده است. مدل استاندارد k-? نيز براي آشفتگي فاز مايع و گاز منظور شده است. سرعت صعود به دست آمده حباب گاز توسط اين مدل با داده هاي آزمايشگاهي مقايسه شد و تطابق خوبي نشان داد. مدلCFD رفتار مورد انتظار از هيدروديناميك سيستم را به درستي نشان داد. براي سرعت‌هاي ظاهري گاز تا 3 سانتي متر بر ثانيه، مقادير به دست آمده كسر حجمي گاز در مايع و ضرايب انتقال جرم حجمي توسط مدل به ترتيب تا091/0 و تا s-1 054/0 بود. نتايج محاسبات انتقال جرم نشان ميدهد كه غلظت هيدروژن در سوخت مايع با گذشت زمان افزايش مييابد تا به مقدار تعادلي خود برسد. زمان لازم براي رسيدن به غلظت تعادلي مايع با سه ضريب انتقال جرم معادل 0004/0، 0008/0 و 002/0 متر بر ثانيه، به ترتيب حدود120، 60 و 25 ثانيه بود. بنابراين با انتخاب مناسب هندسه سيستم و سرعت گاز، مي توان مقادير مناسب انتقال جرم و توزيع گاز در مايع را براي انحلال گاز هيدروژن در سوخت مايع داشت.

In this work, a two dimensional CFD model has been used to investigate both hydrodynamics and mass transfer and their effects on hydrogen solubility in a hydrocarbon fuel. This work has been done based on two fluid (Eulerian-Eulerian) model and finite volume method, along with standard k-e model to address turbulent behavior of both phases. The bubble rise velocity obtained using the present model has been compared with the experimental results and showed a good agreement with experimental data. The CFD model correctly exhibited the general behavior expected from hydrodynamics of the system. For gas superficial velocities up to 3.0 cm/s, the gas volume fraction and volumetric mass transfer coefficient were obtained up to 0.091 and 0.054 s-1, respectively. Results of mass transfer run showed that hydrogen concentration in liquid fuel is increased progressively until reaching its equilibrium value. For hydrogen mass transfer coefficient of 0.0004, 0.0008 and 0.002, the time required to reaching the equilibrium liquid concentration is about 120, 60 and 25 sec. respectively. Therefore, through selection of an appropriate system geometry and gas velocity, we may have an appropriate mass transfer and gas distribution in liquid for hydrogen solubility in liquid fuel.