که در این رابطه، m نسبت ترکیب درصد فاز گاز به مایع میباشد. در صورتی که مقدار m زیاد باشد، حلالیت گاز در فاز مایع کم خواهد بود مانند انحلال گازهایی که تولید هیدرات میکنند، پس عبارت مقاومت فاز گاز در برابر فاز مایع قابل صرفه نظر کردن خواهد بود و در نظر گرفتن تمامی مقاومت برای فاز مایع دور از ذهن نخواهد بود. در مواردی که عکس فرض بالا رخ دهد، مانند مواردی که انحلال گاز در فاز مایع شدید باشد، مقدار m کوچک بوده و مقاومت گاز کنترل کننده انتقال جرم در نظر گرفته میشود. چنین شرایطی را برای انحلال آمونیاک در فاز مایع میتوان متصور شد. بنا به توضیح داده شده میتوان از مقاومت انتقال جرم مربوط به فاز گاز زمانی که سخن از تشکیل هیدرات و نفوذ گازهایی با حلالیت ناچیز مانند متان و اتان به میان آید، در برابر مقاومت فاز مایع صرف نظر نمود.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
۲- استفاده از همزن برای یکنواخت نمودن خواص فاز تشکیل هیدرات علاوه بر از بین بردن مقاومت انتقال حرارت درون فاز مایع، باعث از بین بردن مقاومت انتقال جرم مربوط به توده فاز مایع نیز میگردد.
۳- بالا بردن دور همزن همواره یکی از عوامل افزایش انتقال جرم و در نتیجه کاهش مقاومت مربوط به آن میباشد. به تعبیر دیگر بالا بردن دور همزن برای رسیدن به مقدار مصرف مواد اولیه برای راکتورهایی کاربرد دارد که مقاومت انتقال جرم در برابر مقاومت ناشی از واکنش کنترل‌کننده مقدار مصرف میباشد.
۴- مقاومت نزدیک به ذرات هیدرات از ترکیب دو مقاومت انتقال جرم از درون فاز مایع به نزدیکی فاز هیدرات و واکنش تشکیل‌هیدرات میباشد. رابطه زیر مقاومت کلی در دور هر ذره هیدرات را نشان می‌دهد:
(۳-۲)
که مقدار kR ضریب واکنش از درجه اول و kD ضریب انتقال جرم در لایه اطراف ذره هیدرات می‌باشند. برگرون[۱۳۳] با بهره گرفتن از رابطه شروود برای ذرات کروی مقدار kD را در حدود ۱۰-۵ m/s محاسبه نموده با مقدار kR که توسط کلارک[۱۳۴] در حدود ۱۰-۸ m/s گزارش شده مقایسه و نتیجه گرفت که بدین ترتیب میتوان از مقاومت انتقال جرم در لایه اطراف هیدرات در برابر واکنش تشکیل هیدرات صرف نظر کرد. رابطه زیر معادله مصرف گاز را برای اساس نیروی محرکه به صورت غلظت نشان می‌دهد:
(۳-۳)
در این رابطه فرض شده تا از مقاومت‌های فاز گاز در سطح مشترک و توده فاز مایع صرف نظر شود. Ap سطح تماس ذرات هیدرات با فاز مایع تعریف شده و شامل تمامی ذرات و هسته‌های هیدرات میگردد. مقدار AV-L نیز سطح تماس مشترک بین فاز گاز و مایع تعریف شده است. با توجه به اینکه تولید هیدرات مانند فرایند‌های کریستالیزاسیون با افزایش تعداد هسته‌ها و رشد آنها همراه است، افزایش تعداد و اندازه ذرات منجر به افزایش سطح ذرات خواهد شد. با نگاهی به رابطه فوق مشاهده خواهد شد که با افزایش مقدار سطح (AP) مقدار سرعت مصرف (dn/dt) نیز ناگزیر افزایش خواهد یافت. این امر بر خلاف اطلاعات موجود در مقالات و تحقیقات است که تاکنون به چاپ رسیده‌اند. به تعبیر دیگر با نگاهی به مقالات و تحقیقاتی که بر روی فرایند تشکیل هیدرات در دما و فشار ثابت انجام گرفته‌اند، میتوان مشاهده نمود که سرعت تشکیل هیدرات در مرحله رشد هیدرات ثابت خواهد ماند.
برای توجیه نمودن سرعت ثابت مصرف گاز توسط هیدرات ناگزیر به قبول ناچیز بودن مقاومت واکنش تشکیل هیدرات و انتقال جرم حول ذرات هیدرات در برابر مقاومت انتقال جرم در سطح مشترک گاز- مایع خواهیم بود. میتوان نتیجه گرفت از مقاومت‌های ذکر شده تنها مقاومت انتقال جرم در فاز مایع محدود‌کننده تشکیل‌هیدرات‌می‌باشد. بدین‌ترتیب میتوان معادله مصرف گاز و تولید هیدرات را به صورت زیر بیان نمود:
(۳-۴)
تشکیل هیدرات با پیدایش مستمر پدیده
در انتهای قرن بیستم، توسعه معادلات‌حاکم بر جریان‌های مختلف در دینامیک سیالات به بلوغ نسبی رسید. امّا، مشخص شد که هنوز معادلات بی‌شماری از مسائل طبیعی وجود دارد که حل کردن آن بطور تحلیلی غیر ممکن است. این موضوع باعث پیدایش و توسعه راهکارهای حل نیمه دقیق از یک طرف و شبیه سازی عددی (حل عددی) از طرف دیگر شد. تکنیک‌های حل نیمه دقیق که بطور گسترده در دینامیک سیالات بکار گرفته میشود، در مواردی نظیر روش‌های اغتشاشی، تقریب تشابه، روش انتگرالی برای محاسبه لایه مرزی و همچنین روش مشخصه ها در جریان‌های مافوق صوت غیر لزج کاربرد دارد. در مقابل، تکنیک‌های عددی برای حل میدان جریان در رژیم‌های مختلف بکار گرفته شد.
امروزه، دینامیک سیالات عددی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. به همین دلیل از همان ابتدا پیدایش تکنیک‌های حل عددی، کاربرد آنها در دینامیک سیالات عددی همواره مد نظر قرار داشته است. با توسعه سخت‌افزارها و نرم افزار‌های برنامه نویسی، دینامیک سیالات عددی نیز توسعه یافته بطوریکه امروزه به‌عنوان یکی از مهمترین روش‌های شبیه سازی عددی مسائل سیالاتی و حرارتی مختلف بشمار می‌رود. برای حل عددی فرم گسسته معادلات‌دیفرانسیلی پاره ای، تعیین شرائط مرزی و اولیه الزامیست. این موضوع در بحث ریاضی یک اصل محسوب میشود. در شبیه سازی عددی جریان سیالات علاوه بر مطرح بودن بحث ریاضی حل معادلات، باید نوع و فیزیک جریان نیز در مرزهای دامنه محاسباتی به حلگر شناسانده شود. بنابراین هدف از تعریف شرائط مرزی در دینامیک سیالات عددی، مقید ساختن فرم گسسته معادلات برای حل آن در یک چهارچوب خاص و نیز تعریف ویژگی جریان در مرزهای دامنه محاسباتی میباشد. فرمهای متعددی از شرائط مرزی برای شبیه سازی جریان وجود دارد. بعضی از شرائط مرزی حالت خاص داشته و بعضی از آن نیز بطورگسترده‌ای برای آنالیز انواع جریان استفاده میشود. استفاده از شرط مرزی مناسب تابعی از نوع رژیم جریان، اطلاعات موجود در ورودی و خروجی جریان و نیز سازگاری نوع حلگر و الگوریتم عددی استفاده شده با شرط مرزی است. در صورت انتخاب نامناسب شرط مرزی، نه تنها دقت شبیه‌سازی کاهش می‌یابد بلکه در مواقعی نیز موجب همگرائی کند و یا حتی واگرائی در روند حل میشود.
در اینجا به کمک دینامیک سیالات عددی ما با ارائه قسمتی از لوله در حال تشکیل هیدرات، به بررسی شرایط فیزیکی تشکیل هیدرات پرداخته‌ایم. در شکل ۳‑۶ و شکل ۳‑۷ میتوان مدل ارائه شده را مشاهده نمود. معمولا هیدرات‌ها به صورت یک فیلم کریستالی نازک متخلخل در سطح تماس بین فاز آبی و فاز هیدروکربنی(گاز یا مایع) شکل می‌یابند. مکانیزم تشکیل هیدرات برای یک قطره آب شامل سه مرحله زیر میباشد:
مرحله ۱ : گسترش یک فیلم نازک متخلخل هیدرات پیرامون یک قطره آب
مرحله ۲ : توسعه هیدرات
مرحله ۳ : تبدیل توده به هیدرات
شکل ۳‑۶ : شماتیک مدل ارائه شده در حال تشکیل هیدرات
شکل ۳‑۷ : شماتیک مکانیزم پیشنهادی تشکیل هیدرات از یک قطره آب
دینامیک سیالات عددی پژوهش
دینامیک سیالات عددی یک تکنیک شبیه سازی است که با بهره گرفتن از آن میتوان جریان یک سیال را بطور کامل تجزیه و تحلیل نمود. با انجام این امر خصوصیت جریان، نیروها و گشتاور‌ها، ضرایب آئرودینامیکی و رفتار حرارتی آن محاسبه میشود. در شبیه سازی جریان به این روش لازم است که مراحل زیر به ترتیب اجراء شود:
۱- مدلسازی فیزیکی
۲- تولید شبکه عددی مناسب
۳- مدلسازی ریاضی
۴- تعیین شرائط مرزی و اولیه
موضوعات: بدون موضوع
لینک ثابت
