دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی

مهندس مهدی محمدی ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ، 4 آذر ماه سال 92، از رساله خود با عنوان « شبیه­سازی تجمیع الکتریکی قطرات آب در نفت » با راهنمایی دکتر شاهرخ شاه­حسینی و دکتر محمود بیات دفاع نمودند.

  چکیده

  شناخت بنیادی پدیده تجمیع قطرات آب در نفت می­تواند به درک ساز و کار فرآیند نمک­زدایی نفت­خام کمک نموده و به منظور بهبود عملکرد این تجهیزات مورد استفاده قرار گیرد. تاکنون تحقیقات محدودی در این خصوص انجام شده است که بیشتر آنهاجنبه تجربی داشته و کارهای مدل­سازی و شبیه­سازی بسیار نادر هستند. از طرفی بیشتر کارهای مذکور بر روی امولسیون انجام شده و شمار تحقیقات در مقیاس دو قطره­ای ناچیز است. در این رساله، به منظور جبران بخشی از این کمبودها، مکانیزم پدیده تجمیع قطرات آب درون نفت تحت اثر میدان الکتریکی به دو روش شبیه­سازی CFD ‌ و بررسی آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان می­دهد که ویسکوزیته فاز پیوسته نفت که تعیین کننده نیروی مقاوم تخلیه فیلم می­باشد در بین پارامترهای هیدرودینامیکی از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. بر اساس نتایج شبیه­سازی­های انجام شده، یک رابطه ریاضی جهت پیش­بینی زمان تجمیع بر اساس اعداد بدون بعد ارائه گردید. با وارد کردن نقش نیروی الکتریکی بین قطرات، نتایج شبیه­سازی­ها نشان داد سرعت تجمیع قطرات با افزایش شدت میدان الکتریکی بهبود می­یابد. به علاوه زاویه انحراف میدان، تجمیع الکتریکی قطرات را کند می­کند. انواع شکل­موج­های ولتاژ با فرکانس­های مختلف طی شبیه­سازی­هایی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که شکل موج مربعی بالاترین راندمان؛ ولتاژهای سینوسی و ضربه­ای راندمان متوسط، و ولتاژهای مثلثی و دندانه­ای کمترین بازدهی را دارند. به علاوه تأثیرگذاری یک نوع ولتاژ را می­توان به پارامتر RMS آن شکل­موج نسبت داد. همچنین با تغییر فرکانس ولتاژ، اختلاف قابل توجهی در روند کلی نزدیک شدن قطرات و یا زمان تجمیع آنها ایجاد نمی­شود. در بخش آزمایشگاهی، دو قطره در حال سقوط درون یک روغن شفاف، تحت اثر یک میدان الکتریکی قرار گرفته و روند تجمیع آنها با استفاده از یک دوربین سرعت بالا ثبت شد. از مقایسه نتایج شبیه­سازی با نتایج تجربی، مشاهده ­شد که شبیه­سازی قادر است با دقت مناسبی روند کاهش فاصله، برخورد و تجمیع قطرات را پیش­بینی نماید. نیروهای دخیل در این پدیده را می­توان به دو دسته تقسیم نمود: نیروهای جاذبه الکتریکی که نیروی محرکه تجمیع قطرات می­باشند و نیروهای ویسکوز که در مقابل این پدیده نقش بازدارندگی دارند. برای حصول یک تجمیع الکتریکی موفق، می­بایست نیروی دوقطبی وارد بر قطرات بر نیروهای ویسکوز غلبه کند.

  واژه‌های کلیدی: تجمیع الکتریکی، شبیه­سازی الکتروهیدرودینامیکی، قطره آب، میدان الکتری