انخفضت كفاءة محطة احتجاز الكربون المباشر (DAC) بشكل مفاجئ دون سابق إنذار. كشف النمذجة ثلاثية الأبعاد الجنائية باستخدام ANSYS Fluent و Revit عن السبب: تصلبت المواد الحبيبية في الصومعة بشكل غير متماثل تحت وزنها الذاتي ودورات الحرارة الحرارية. هذا التشوه، وهو عرض واضح لـ إجهاد المواد، أنشأ قنوات تفضيلية للهواء تجنبت الاتصال بالمرشح الكيميائي، مما ألغى قدرة الامتصاص وكشف عن نقطة عمياء في التصميم الأصلي.
التصلب غير المتماثل ومحاكاة التدفقات التفضيلية باستخدام ANSYS Fluent 🔍
بدأ التحليل بإعادة البناء الهندسي للصومعة باستخدام Revit والمسح باستخدام Artec Studio لالتقاط التشوه الفعلي للطبقة الحبيبية. عند استيراد الهندسة المشوهة إلى ANSYS Fluent، أظهرت محاكاة CFD أن المسامية الموضعية في مناطق التصلب الأقل كانت بمثابة طريق سريع للغاز. أظهرت خطوط التدفق، التي تم تصورها في مرحلة ما بعد المعالجة، أن ثاني أكسيد الكربون تجنب المناطق الكثيفة حيث كان الممتز الكيميائي موجودًا. هذه الظاهرة، المشابهة لتشكل الشقوق بسبب الإجهاد الدوري في المعادن، قللت من مساحة السطح الفعالة بأكثر من 40٪، مما يفسر الفقدان الحاد في الكفاءة.
دروس لمحاكاة الإجهاد في المواد الحبيبية ⚙️
تثبت هذه الحالة أن الإجهاد ليس حصريًا للمعادن أو البوليمرات. الطبقات الحبيبية، المعرضة للأحمال الساكنة والاهتزازات التشغيلية، تشهد إعادة ترتيب بلاستيكي يعرض وظيفتها للخطر. إن دمج نماذج التصلب الديناميكي في محاكاة CFD قبل التصميم من شأنه أن يسمح بالتنبؤ بهذه القنوات التفضيلية. المفتاح هو معالجة الطبقة الحبيبية كمادة حية تتعب بمرور الوقت، وهو نهج يمكن أن يوفر الملايين في الكفاءة في الجيل القادم من محطات DAC.
كيف قمت بنمذجة التلامس المرن اللزج بين جزيئات الزيوليت والطبقة الحبيبية حتى يكشف CFD عن الإجهاد التفاضلي الذي تسبب في فقدان الكفاءة في صومعة DAC؟
(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)