نقش و جایگاه روش‌های محاسباتی عددی در مهندسی شیمی و صنایع فرآیندی

کد مقاله : 1011-CEC05

نویسندگان

محمد جواد آذرهوش *، عباس آقائی نژاد میبدی، امین علمداری عضو هیات علمی

چکیده مقاله

آلاینده‌های صنایع شیمیایی و فرایندی به دلیل ماهیت پیچیده و غیرخطی پدیده‌های انتقال، ترمودینامیک و سینتیک واکنش‌ها، همواره با چالش حل معادلاتی روبرو هستند که در مقیاس صنعتی فاقد حل تحلیلی دقیق می‌باشند. این مقاله به تبیین نقش استراتژیک روش‌های عددی به عنوان ابزاری حیاتی برای شبیه‌سازی، طراحی و بهینه‌سازی واحدهای صنعتی می‌پردازد. در این راستا، ضمن بررسی ضرورت‌های محاسباتی، مبانی و کاربردهای روش‌های کلیدی نظیر روش تفاضل محدود (FDM)، المان محدود (FEM) و به ویژه روش حجم محدود (FVM) در تحلیل جریان‌های چندفازی، انتقال حرارت و رفتار راکتورهای شیمیایی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین نقش نرم‌افزارهای تخصصی و سیستم‌های کنترل پیش‌بین در ارتقای بهره‌وری فرآیندها تحلیل شده است. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که بهره‌گیری از محاسبات عددی، علاوه بر کاهش چشمگیر هزینه‌های تحقیق و توسعه و ریسک‌های عملیاتی، بستر لازم برای گذار به سمت تکنولوژی‌های نوین همچون همزادهای دیجیتال و صنعت هوشمند را فراهم می‌آورد. در نهایت، تلفیق روش‌های عددی کلاسیک با الگوریتم‌های هوش مصنوعی به عنوان چشم‌انداز کلیدی آینده این حوزه معرفی شده است.

کلیدواژه ها

روش‌های عددی، مهندسی شیمی، شبیه‌سازی فرایند، حجم محدود، بهینه‌سازی، راکتورهای شیمیایی.

وضعیت: پذیرفته شده مشروط