تحلیل عددی دوبعدی پنل تشعشعی کاتالیستی با استفاده از روش المان محدود

در مطالعه حاضر، به بررسی عددی عملکرد پنل های تشعشعی کاتالیستی پرداخته شده است. مهمترین ویژگی این پنل ها وجود فرآیند گرمایش تشعشعی و احتراق کاتالیستی دما پائین است. دمای پائین در فرآیند احتراق کاتلیستی موجب عدم تولید آلاینده هایی نظیر NOx و کارکرد پاک این نوع پنل ها به عنوان سیستم های گرمایشی می شود. در تحقیق حاضر به منظور مطالعه احتراق کاتالیستی در پنل های تشعشعی، مدل عددی دوبعدی مناسب از یک پنل تجاری تولید شده است. در این پنل ها گاز طبیعی از یک طرف وارد شده و اکسیژن از سمت مقابل به لایه کاتالیستی نفوذ کرده و واکنش احتراق کاتالیستی در کاتالیست پلاتین روی پدفیبری آلومینای متخلخل صورت می گیرد. جهت پخش بهتر سوخت روی پنل و جلوگیری از اتلافات حرارتی، از دو لایه عایق متخلخل در مسیر گاز طبیعی به لایه کاتالیستی استفاده شده است. در شبیه سازی دوبعدی و پایای پنل، معادلات بقای مومنتم در محیط متخلخل و غیر متخلخل، معادله بقای انرژی و معادله بقای گونه ها به روش المان محدود در نرم افزار تجاری COMSOL Multiphysic 4.3a حل شده اند. به منظور استخراج شرایط مرزی مناسب در سطح لایه کاتالیستی پنل، جریان سیال بر روی یک سطح متخلخل مدل سازی شده و نشان داده شد که می توان از روابط تجربی جابجایی طبیعی روی یک سطح عمودی استفاده کرد. همچنین به منظور تعیین شرط مرزی معادله بقای گونه ها بر روی سطح کاتالیست، از آنالوژی برابری عدد ناسلت و شروود استفاده شده است. در این پژوهش نشان د اده شد که نفوذ اکسیژن از سمت مقابل پنل به لایه کاتالیستی به عنوان عامل محدود کننده در فرآیند احتراق کاتالیستی می باشد. مقایسه نتایج عددی حاصل با تحلیل آزمایشگاهی انجام گرفته، تطابق خوبی را در دمای سطح پنل و بازده احتراق به دست آمده از تست پنل نشان داد به گونه ای که خطای شبیه سازی در پروفیل دما برابر با 8.3% و در بازده احتراق برابر با 18% به دست آمد.