COMSOL Multiphysics® 5.3a Release Highlights



Chemical Reaction Engineering Module Updates



Chemical Reaction Engineering 모듈의 사용자를 위해, COMSOL Multiphysics® 5.3a 버전은 유체에 대한 열역학 물성 데이터베이스, 반응 공학 인터페이스에 이 물성들을 연동하는 기능, 그리고 새로운 기능을 시연하기 위한 세가지 예제 모델을 제공합니다. 아래에서 Chemical Reaction Engineering 기능들에 대해 알아보시길 바랍니다.

Built-In Functionality for Calculating Thermodynamic Properties

Chemical Reaction Engineering 모듈에서 열역학 물성 데이터베이스는 생성엔탈피, 반응엔탈피, 열용량, 열전도도, 밀도, 확산계수, 평형 조성과 같은 유체 물성을 계산하는 것을 가능하게 합니다. 이러한 물성들은 순수한 유체, 혼합물, 그리고 순수한 물질과 혼합물을 포함하는 이상 유체에 대해 계산될 수 있습니다.

사용자들은 모델링 시스템에서 나타낼 수도 있는 상(Phases)과 이용 가능한 종(Species)을 정의한 특정 계에서 물성 모음을 만들 수 있습니다. 물성 모음은 액체, 기체, 기-액 평형(발화점 계산), 그리고 액-액 평형에 대한 화학종과 혼합물의 물성과 같이 화학 시스템의 열역학과 전달 물성에 대해 함수로 정의하고 계산합니다.

내장 데이터베이스는 251가지 화학종 또는 물질에 대해 열역학과 전달 물성을 포함합니다. 내장 데이터베이스에서 제공하는 열역학 물성에 추가로 물성함수를 계산하기 위해 External Property Package에 외부 CAPE-OPEN 패키지에 연결합니다.

Property Package 설정 화면. 메탄 전환 공정에 대한 화학종이 내장 열역학 데이터베이스로부터 선택되었습니다.

Property Package 설정 화면. 메탄 전환 공정에 대한 화학종이 내장 열역학 데이터베이스로부터 선택되었습니다.


Automatic Definition of Thermodynamic Properties by Coupling to Property Packages

물성 모음 작성에 이어, 사용자는 Reaction Engineering 또는 Chemistry 인터페이스에 정의된 화학종에 연동할 수 있습니다. 이러한 인터페이스에 의해 필요로 하는 모든 화학종 물성 매개변수와 물성 함수는 자동적으로 물성 모음으로부터 만들어 질 수 있다는 것을 뜻합니다. 자동적으로 만들어지는 화학 종의 물성들은 각 종의 몰 질량, 열용량, 엔탈피, 그리고 엔트로피 같은 것들입니다. Reaction Engineering 과 Chemistry 인터페이스는 또한 생성된 혼합물에 대한(인터페이스의 모든 종에 대해) 전달 물성을 정의하는데 사용될 수 있습니다. 연동될 때, 다음과 같은 혼합물 물성이 자동적으로 만들어 집니다: 열용량, 밀도, 확산계수, 열전도도, 그리고 동점도 등입니다.

물성 모음을 사용하면 Reaction Engineering 인터페이스와 Chemistry 인터페이스의 모델링 능력을 상당히 향상시킵니다. 기체와 액체에서 모든 이상과 실제 열역학 모델은 물성 모음에 대한 설정에 의해 직접적으로 이용가능하며, 자동적으로 업데이트 됩니다. 게다가, Chemistry 인터페이스는 물질전달, 열전달, 그리고 유체 유동을 모델링 하기 위해 공간 의존 모델을 이용하는 즉시 혼합물 물성을 만드는데 사용될 수 있습니다.

Property package 로 연동할 때 Reaction Engineering 인터페이스의 설정 화면. Reaction Engineering 인터페이스는 열역학 물성 모음에 연결될 수 있습니다.

Property package 로 연동할 때 Reaction Engineering 인터페이스의 설정 화면. Reaction Engineering 인터페이스는 열역학 물성 모음에 연결될 수 있습니다.


4개의 원기둥형 연소 엔진에서 냉각 유체에 대한 밀도, 점도, 열용량, 그리고 열전도도는 열역학 물성 모음과 함께 계산될 수 있습니다. 유체와 열전달 해석은 열역학과 전달 물성 함수를 완전하게 연동하여 계산됩니다.

4개의 원기둥형 연소 엔진에서 냉각 유체에 대한 밀도, 점도, 열용량, 그리고 열전도도는 열역학 물성 모음과 함께 계산될 수 있습니다. 유체와 열전달 해석은 열역학과 전달 물성 함수를 완전하게 연동하여 계산됩니다.


Revamped Free and Porous Media Flow Interface

새로운 버전의 Free and Porous Media Flow 인터페이스에서, 사용자는 다공성 매질 유동과 함께 층류 또는 난류와 연동할 수 있습니다. 이 인터페이스는 다공성 전극의 모델링을 위해 전기화학 인터페이스를 연동한다는 점에서 특별합니다.

Kozeny-Carman Permeability Model

Kozeny-Carman 투과도 모델은 COMSOL Multiphysics® 5.3a 버전에서 Darcy’s law 인터페이스에서 이용가능하며, 사용자들은 공극률과 입자 직경으로부터 투과도를 추정하는데 사용할 수 있습니다.

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New Tutorial Model: Hydrodealkylation in a Membrane Reactor

열역학 물성 데이터베이스를 주로 사용하는 분야 중 하나는 화학과 화학공학에서 반응 시스템 모델링을 위해서 입니다. 분리막 반응기에서 수행된 열적 수첨탈알킬공정(Thermal hydrodealkylation process)는 내장 열역학과 물리적 물성 계산을 사용하여 모델링 합니다. 전달과 반응 문제는 분리막이 있거나 없는 상황에 따라 관형 반응기 내에서 열역학 물성 모음으로 정의되고 해석됩니다.

분리막 반응기에 대해 반응기 길이에 대한 함수로써 분리막 반응기의 출구에서 몰 유량.

분리막 반응기에 대해 반응기 길이에 대한 함수로써 분리막 반응기의 출구에서 몰 유량.

Application Library path:

Chemical_Reaction_Engineering_Module/Thermodynamics/membrane_hda

New Tutorial Model: Engine Coolant Properties

열역학 물성 데이터베이스가 두 번째로 가능한 분야는 화학 반응이 포함되지 않은 순수한 유체 유동 문제 또는 열전달이 포함된 유체 문제 모델링입니다. 이 예제 모델에서, 사용자는 내부 연소 엔진에 대한 액체 냉각유체의 물성을 계산할 수 있습니다. 비록 순수한 물은 냉각수로써 잘 작용하지만, 저온에서 응고되는 것을 막기 위해, 에틸렌글리콜과 물의 혼합물이 응고점을 낮추기 위해서 일반적으로 사용됩니다. 내장 열역학 기능은 끓는점, 밀도, 점도, 열전도도, 그리고 열용량 모두 냉각 유체 혼합물의 조성에 의존하는 방법과 물성의 변화가 어떻게 냉각 공정에 영향을 미치는지를 보여주기 위해 사용됩니다.

실험 장비내에서 냉각 유체 온도가 고려되었습니다.

실험 장비내에서 냉각 유체 온도가 고려되었습니다.

Application Library path:

Chemical_Reaction_Engineering_Module/Thermodynamics/engine_coolant_properties

New Tutorial Model: Distillation Column

새로운 열역학 물성 데이터베이스의 세 번째 가능한 분야는 증류와 같이 분리 공정을 모델링을 위해서 입니다. 이 예제는 에탄올과 물의 실제 액체 혼합물의 분리를 모델링 할 때, 어떻게 이성분의 증류 공정의 간단한 모델링을 하는지를 보여줍니다. 증류 공정은 기체와 액체 상을 교차 흐름으로 화학종을 분리하기 위해 휘발성 차이를 사용하여 여러 겹의 단에서 수행됩니다. 이 모델은 새로운 내장 열역학 물성 데이터베이스로부터 Equilibrium Calculation 함수를 사용합니다. 모델의 목표는 정의된 증류와 하단의 조성 설정을 만족하기 위해 스트리핑(Stripping) 과 정류(Rectifying) 단계의 길이의 관점에서 단의 최적화 설계를 찾는 것입니다.

증류탑 내에서 운전 선을 계산하여 보여주는 x-y 도표 (상 도표).

증류탑 내에서 운전 선을 계산하여 보여주는 x-y 도표 (상 도표).

Application Library path:

Chemical_Reaction_Engineering_Module/Thermodynamics/distillation_column