Proces proizvodnje kisika z adsorpcijskim ločevanjem zraka z nihanjem tlaka vključuje prenos mase, prenos toplote in prenos gibalne količine. Spremembe tlaka, koncentracije in temperature v sistemu so kompleksne in jih je težko izmeriti. Zanašanje na preproste eksperimentalne raziskave ima velike omejitve in težko je pridobiti notranji mehanizem procesa adsorpcijskega ločevanja. Zato je v primerjavi s hitrim spodbujanjem industrijskih aplikacij veliko raziskovalnih del, ki jih je treba okrepiti.
Programska oprema FLUENT za računalniško dinamiko tekočin (CFD) se uporablja za numerično simulacijo proizvodnje kisika z adsorpcijo zaradi nihanja tlaka. Model plinastega enofaznega poroznega medija ne more izraziti prenosa mase in prenosa toplote med plinom in trdnimi adsorpcijskimi delci. Dvofazni prenos mase in prenos toplote med plinom in trdno snovjo v procesu adsorpcijskega ločevanja z nihanjem tlaka sta izražena s programiranjem po meri. Enofazni model je izboljšan v model adsorpcije z nihanjem tlaka dvofaznega toka plina in trdne snovi, analizirana je interakcija med dvema fazama plina in trdne snovi v procesu adsorpcijskega cikla nihanja tlaka in notranji mehanizem adsorpcije nihanja tlaka je raziskal. Metoda CFD je bila uporabljena za preučevanje učinkov premera delcev in hitrosti povratnega izpiranja na učinkovitost proizvodnje kisika PSA, da bi bolje usmerjali eksperiment in analizirali zakon porazdelitve toka v adsorpcijsko napolnjeni plasti. Glavne vsebine so:
Na podlagi osnovnega principa proizvodnje kisika z ločevanjem zraka PSA sta bila določena njegov model hitrosti prenosa mase in model dvofaznega ravnotežja. Uporabniško definirana funkcija (UDF) FLUENT je bila uporabljena za združitev modela prenosa mase in ravnotežnega modela z modelom poroznega medija, da odraža dvofazni učinek prenosa mase plin-trdno. Prek uporabniško definirane skalarne (UDS) funkcije je bila uvedena energetska enačba trdne faze za integracijo poroznega srednjega enofaznega modela v popolnejši dvofazni pretok PSA s proizvodnjo kisika s plinom in trdno snovjo s fiksno napolnjeno posteljo. Zanesljivost modela PSA dvofaznega toka plin-trdna snov je bila preverjena z vidika simulacije in eksperimentalne primerjave Langmuirjeve izotermne krivulje komponent, testa neodvisnosti mreže, primerjave uporabe modela viskoznosti in simulacija in eksperimentalna primerjava povprečnega molskega deleža kisika na izhodu.
Na podlagi vzpostavljenega zanesljivega dvofaznega pretočnega modela PSA je bil simuliran in analiziran običajno uporabljen dvoslojni štiristopenjski cikel proizvodnje kisika PSA in porazdelitev molskega deleža kisika v plinski fazi v adsorpcijski plasti na koncu štirih korakov v različne cikle, dobimo adsorpcijsko koncentracijo komponent v trdni fazi in spremembo dvofazne temperature. Rezultati kažejo, da lahko največji molski delež kisika na koncu prvega cikla doseže 72.0%, stopnja izkoristka je približno 31,4%, dvofazna temperatura plina in trdne snovi pa niha okoli 10 K. Med ciklom nestacionarnega stanja se molski delež kisika in stopnja obnovitve povečujeta s povečanjem števila ciklov, vendar se stopnja povečevanja postopoma zmanjšuje in ravnovesno stanje je doseženo v šestem ciklu. Ko se cikel stabilizira, lahko največji molski delež kisika doseže 99,9 %, stopnja regeneracije kisika pa je približno 39,5 %. Adsorpcijska koncentracija komponente v trdni fazi je odvisna samo od molske koncentracije komponente v plinasti fazi in ni nujno povezana z molskim deležem komponente plinaste faze.
Sprememba temperature plin-trdna snov v dvofaznem območju poroznih medijev je predvsem posledica adsorpcije in desorpcije dušika. Model adsorpcije z nihanjem tlaka z dvofaznim tokom je bil uporabljen za preučevanje učinkov premera delcev in hitrosti povratnega izpiranja na koncentracijo in rekuperacijsko vrednost kisika v produktu proizvodnje kisika z nihanjem tlaka. Ko je bila stopnja povratnega izpiranja 0,6, so simulacijske primerjave z uporabo premerov delcev 0,4 mm, 0,8 mm, 1,6 mm, 3,2 mm in 6,4 mm pokazale, da obstaja optimalna velikost delcev 1,6 mm, kar je omogočilo, da sta povprečni molski delež kisika pri proizvodnji plina in stopnja vračanja kisika dosegla najvišje vrednosti, ki sta bili 99,7 % oziroma 39,5 %. Ko je bil premer delcev 1,6 mm, so bili rezultati simulacije hitrosti povratnega izpiranja 0.4, 0.5, 0.6, 0.7 in {{ 31}}.8 so primerjali in ugotovili, da je stopnja vračanja kisika dosegla največjo vrednost, ko je bila stopnja povratnega izpiranja 0.6.
