دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

با توجه به اهمیت شبیه‌سازی در فرآیندهای مختلف به ویژه فرآیندهای صنعتی و پیش‌بینی رفتار این فرآیندها، روش‌های شبیه‌سازی مختلفی طی سالیان متمادی توسعه داده شده و به کار گرفته شده اند. یکی از این روش‌ها، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) می‌باشد که قابلیت پیش‌بینی رفتار فرآیندهای مختلف را درگیر با جریان سیال دارد. این موضوع از دیدگاه صنعتی در صنایع شیمیایی، نفت، گاز و پتروشیمی، محیط زیست، پیش‌بینی شرایط آب و هوایی، صنایع هوا فضا و ... بسیار حائز اهمیت می‌باشد. در این راستا، مرکز پژوهشی کاربرد CFD در مهندسی شیمی با هدف انجام پژوهش‌های کاربردی و شبیه‌سازی بخش‌های مختلف فرآیندهای صنعتی تاسیس شد.

CFD راه حل عددی برای بررسی و پیش‌بینی عملکرد سیستم‌هایی است که درگـیر پدیده‌های انتقال جریان سیال شامل اندازه حرکت، انرژی و جرم و همچنین پدیده‌های دیگر ماننـد احتراق و واکنش‌های شیمیایی هستند. این روش شبیه‌سازی بر پایه حل معادلات پایستگی شامل اندازه حرکت، جرم و انرژی و در یک دامنه هندسی مشخص / ساخته شده توسط کاربر می باشد. حل عددی هم‌زمان معادلات موازنه انرژی و اندازه حرکت می‌تواند با معادلات جریان سیال و معادله های واکنش شیمایی ترکیب شود تا جریان سیال، انتقال حرارت و پخش فرآورده‌های واکنش‌های شیمیایی در سیستم مورد نظر را توضیح دهند. نتابج شبیه‌سازی می‌تواند به فرم‌های مختلفی عددی و نموداری دو یا سه بعدی برای بررسی و درک بهتر سیستم ارائه گردد. این شبیه‌سازی غالبا با استفاده از کدهای تجاری CFD ساختار بندی شده بر اساس الگوریتم‌های عددی و همچنین کدهای کمکی تهیه شده توسط کاربر قابل انجام می باشد.

از جمله حوزه‌های کاربرد CFD در زمینه های مختلف صنایع شیمیایی، مهندسی شیمی و محیط زیست می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• شبیه‌سازی اختلاط در فرآیندهای مختلف،
• شبیه‌سازی فرآیندهای احتراق صنعتی و پیش‌بینی آلاینده های ناشی از احتراق،
• شبیه‌سازی فرآیندهای پلیمریزاسیون
• شبیه‌سازی هیدرودینامیک جریان‌های چند فازی در راکتورها، برج ها و ...،
• شبیه‌سازی رفتار هیدرودینامیکی راکتورهای مختلف و ارائه راه‌کار برای برطرف کردن تنگناهای راکتورها،
• شبیه‌سازی سیستم‌های درگیر با ته نشینی ذرات،
• شبیه‌سازی فرآیندهای جداسازی،
• شبیه‌سازی شبکه‌‌های خطوط لوله جریان های تک فازی و چندفازی،
• شبیه‌سازی و پیش‌بینی انتشار آلاینده‌ها در محیط‌های مایع و گازی،
• شبیه‌سازی سیستم‌های تهویه و ...
• شبیه‌سازی پدیده‌های انتقال در سیستم‌های مینی و میکرو.

• اهداف مرکز پژوهشی CFD

• توسعه طراحی‌های کاربردی در حوزه نفت و مهندسی شیمی،
• تربیت دانشجویان با دانش CFD به منظور توسعه این دانش در جامعه مهندسین شیمی،
• توسعه کاربردهای این دانش در حوزه های متنوع مهندسی شیمی و
• بررسی مشکلات / گلوگاه‌های صنعتی از مسیر انجام شبیه سازی CFD شرایط واقعی آن‌ها و ارائه راه‌کار.

با توجه به پیشرو بودن گروه مهندسی شیمی دانشگاه رازی در زمینه استفاده از روش CFD به عنوان یک ابزار کاربردی در شبیه‌سازی و تحلیل مسایل صنعتی، در این مرکز پروژه‌های تحقیقاتی و صنعتی متعددی در جهت رفع مشکلات موجود در واحدهای صنعتی انجام شده اند که بسیاری از آن‌ها در واحدهای صنعتی مربوطه نیز اجرا شده‌اند. با توجه به تجربیات همکاران عضو این مرکز و همچنین پیشرو بودن دانشگاه رازی در زمینه شبیه‌سازی با استفاده از روش CFD، اولین کنفرانس ملی کاربرد CFD در مهندسی شیمی با تلاش همکاران این مرکز در سال ۱۳۸۷ در دانشگاه رازی برگزار و مورد استقبال محققین دانشگاهی و صنعتی از سراسر ایران قرار گرفت. با بنیان‌گذاری این کنفرانس تخصصی در دانشگاه رازی و تجربیات مفید آن برای توسعه فعالیت‌های دانشگاهی و حل مشکلات صنعتی، استقبال دانشگاهیان و صنعت‌گران از قابلیت‌های این روش شبیه‌سازی افزایش یافته و دوره‌های بعدی این کنفرانس تخصصی طی سال‌های اخیر در دانشگاه‌های مختلف کشور برگزار شده و هم اکنون نیز یکی از کنفرانس‌های مورد توجه در کشور می‌باشد.

قابل ذکر است که قابلیت استفاده از نرم‌افزارهای تخصصی مرتبط با روش شبیه‌سازی CFD برای محققین در این مرکز فراهم بوده و همچنین امکان برقراری ارتباط با سرور مرکزی دانشگاه رازی برای افزایش قدرت محاسباتی و کوتاه کردن زمان محاسبات CFD به ویژه در سیستم‌های با هندسه‌های پیچیده صنعتی فراهم شده است.

• اعضای هیات علمی مرکز پژوهشی CFD

• دکتر مسعود رحیمی (استاد مهندسی شیمی، دانشگاه رازی)،
• دکتر ارسلان پرواره (استادیار مهندسی شیمی، دانشگاه رازی)،
• دکتر ندا عظیمی (استادیار مهندسی شیمی، دانشگاه رازی)،
• دکتر فاطمه بشی‌پور (استادیار مهندسی شیمی، دانشگاه رازی)،
• دکتر جعفر جماعتی (استادیار مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، عضو افتخاری)،
• دکتر میثم سعیدی (استادیار مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، عضو افتخاری)،
• دکتر سید حسین حسینی (استاد مهندسی شیمی، دانشگاه ایلام، عضو افتخاری)،
• دکتر امید علیزاده، (استادیار مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد رشت، عضو افتخاری)،
• دکتر سید رضا شعبانیان (استادیار مهندسی شیمی، دانشگاه نوشیروانی بابل، عضو افتخاری)،
• دکتر عباس خوشحال (استادیار مهندسی شیمی، دانشگاه پیام نور تهران، عضو افتخاری)،
• دکتر مهدیه ابوالحسنی (استادیار مهندسی شیمی، دانشگاه سمنان، عضو افتخاری)،
• دکتر فهیمه پرویزیان (استادیار مهندسی شیمی، دانشگاه اراک، عضو افتخاری)،
• دکتر محمد ایرانی (استادیار مهندسی شیمی، پژوهشگاه صنعت نفت، عضو افتخاری)