پديد آورنده :
افزون، مهسا
عنوان :
بررسي تجربي هيدروديناميك و انتقال جرم جريان تيلور دو فازي گاز – مايع درون ميكروكانال با استفاده از گاز CO2 و سيال آب و نانوسيال سيليكا
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي فرآيند
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي شيمي
صفحه شمار :
چهارده، ۱۰۲ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محسن نصراصفهاني
توصيفگر ها :
جريان گاز – مايع , جريان تيلور , ميكروكانال , انتقال جرم , نانوسيال , دبي گاز و دبي مايع , هندسه نقطه اختلاط
استاد داور :
نسرين اعتصامي، مسعود حق شناس فرد
تاريخ ورود اطلاعات :
1397/04/03
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
چكيده فارسي :
1 چكيده در اين پژوهش جذب فيزيكي گاز 2 در آب و نانوسيال در يك ميكروكانال مربعي با سطح مقطع مربعي با طول ضلع 255 m 255 m و طول 3cm تحت رژيم جريان تيلور در محدوده سرعت ظاهري مايع 5 52 5 1 و سرعت ظاهري گاز 5 1 5 6 مطالعه شده است هيدروديناميك و ضريب انتقال جرم حجمي مايع در سه حالت نسبت ثابت دبي گاز به مايع دبي ثابت گاز و دبي ثابت مايع مورد بررسي قرار گرفتند با استفاده از عكسهاي گرفته شده در طول ميكروكانال طول حباب گاز لخته مايع و سلول واحد استخراج شدند نتايج نشان ميدهند با افزايش نسبت دبي فازي طول لخته مايع كاهش و طول حباب گاز افزايش مييابد در حاالت دبي ثابت گاز و دبي ثابت مايع با افزايش سرعت كل جريان طول لخته مايع كاهش و طول حباب گاز افزايش مييابد در بخش ديگر پژوهش سه هندسه نقطه اختالط به كمك ميكروكانال مربعي 255 m مطالعه شده است سه هندسه نقطه اختالط T شكل L شكل و صليبي شكل ميباشند در مقايسه بين سه هندسه ورودي ميكروكانال بيشترين طول لخته مايع حباب گاز و سلول واحد مربوط به هندسه L شكل است در هندسه L شكل نيروي تنش برشي وارده بر سيال به دليل زاويه كمتر نسبت به دو هندسه ديگر ديرتر باعث قطع جريان گاز و تشكيل حباب ميشود در نتيجه با افزايش سرعت طول حباب گاز در اين هندسه به ترتيب 52 و 31 بيشتر از دو هندسه T شكل و صليبي شكل ميشود در ادامه پژوهش به بررسي تاثير سيال عامل بر هيدروديناميك جريان پرداخته شد بدين منظور از نانوذره سيليس در آب با كسر جرمي 525 5 استفاده گرديد به طور ميانگين زماني كه از نانوسيال استفاده ميشود طول حباب گاز لخته مايع و سلول واحد به ترتيب 15 94 و 55 بيشتر از سيال آب ميباشند براي سه هندسه نقطه اختالط در هنگام استفاده از نانوسيال طولهاي حباب گاز لخته مايع و سلول واحد به ترتيب 66 35 و 35 افزايش داشته است در ادامه مساحت سطح بين فازي در ميكروكانال بررسي گرديد مساحت سطح بين فازي با افزايش نسبت دبي فازي دبي ثابت فاز گاز و دبي ثابت فاز مايع افزايش مييابد نتايج نشان ميدهند مساحت سطح بين فازي براي نانوسيال به طور ميانگين در سه حالت ذكر شده 33 بيشتر از سيال آب دييونيزه ميباشد ضريب انتقال جرم حجمي مايع به دليل افزايش جريان مايع تقويت چرخشهاي دروني لخته مايع در نسبت ثابت دبي فازي 2 در مقايسه با نسبت دبي فازي 3 و 4 بيشتر است نتايج نشان ميدهند تاثير سرعت ظاهري فاز مايع فاز مايع بر ضريب انتقال جرم حجمي مايع بيشتر از فاز گاز است زيرا افزايش دبي مايع باعث تشكيل اليه مرزي نازكتر مايع افزايش ميزان آشفتگي جريان و چرخش دروني لخته مايع ميشود استفاده از هندسه صليبي اختالط نسبت به دو هندسه L شكل و T شكل باعث به ترتيب باعث افزايش 41 و 31 ضريب انتقال جرم حجمي آب دييونيزه ميشود در مقايسه بين دو هندسه L شكل و T شكل ضريب انتقال جرم حجمي مايع در هندسه L شكل بيشتر از هندسه T شكل است زيرا در هندسه صليبي در هنگام تشكيل حباب نيروي تنش برشي از دو جهت به گاز وارد ميشود و باعث افزايش چرخش دروني قويتر و اختالط بيشتر درون فاز مايع ميشود هنگام استفاده از هندسه L شكل طول لخته مايع كمتر از هندسه T شكل است در بخش پاياني تحقيق انتقال جرم جريان تيلور گاز مايع درون ميكروكانال مربعي هنگامي كه نانوسيال و آب به عنوان فاز مايع استفاده شدهاند با يكديگر مقايسه گرديده است با تغيير سيال عامل از آب دييونيزه به نانوسيال ضريب انتقال جرم به طور ميانگين 42 درصد افزايش مييابد زيرا ميكروجابهجايي ناشي از حركت براوني نانوذرات باعث افزايش چرخش درون لخته مايع ميشود كلمات كليدي جريان گاز مايع جريان تيلور ميكروكانال انتقال جرم نانوسيال دبي گاز و دبي مايع هندسه نقطه اختالط
چكيده انگليسي :
AbstractHydrodynamics and mass transfer in gas liquid flow in slug flow regime through a squaremicrochannel with a hydraulic diameter of 200 m have been investigated experimentally Therange of the superficial gas velocity was 0 1 0 6 and the superficial liquid velocity was0 02 0 1 Hydrodynamics and mass transfer coefficients were studied in three modes constant ratio of gas to liquid flow rate constant gas flow rate and constant liquid flow rate Theresults showed that with increasing the gas to liquid flow rate ratio at constant total flow rate thelength of the liquid slug reduced while the gas bubble increased For constant gas flow rate andconstant liquid flow rate with increasing the average superficial velocity the length of the liquidslug decreased while the gas bubble length increased Three different junction structures wereinvestigated The liquid slug gas bubble and unit cell length in the microchannel with cross shapedT junction were increased on average by 20 and 18 relative to that of T junction and cross shaped junction respectively Silica nanofluid flow in the microchannel was also studied The length of the gas bubble unit celllength and liquid slug with nanofluid were 51 55 and 49 respectively larger than thosewith de ionized water The specific interfacial area was measured The specific interfacial areaincreased with liquid flow rate at constant gas flow rate gas flow rate at constant liquid flow rateand constant ratio of gas to liquid flow rate at constant total flow rate The specific interfacial areawith nanofluid was 37 larger than those with de ionized water The liquid mass transfer coefficient in the constant gas to liquid flow rate ratio at 2 was greaterthan other two ratios investigated in this work Circulation in liquid slug was derived fromintensified at high liquid flow rate resulting in higher mass transfer The liquid mass transfercoefficient in the microchannel with cross shaped junction was enhanced on average by 14 and17 relative to that using T junction and cross shaped T junction respectively In cross shapedjunction at the bubble the flow formation stage the shear force was applied on the gas bubble fromthe both sides resulting in stronger internal circulations and mixing in the liquid Comparing themixing junctions of T junction and cross shaped T junction shows higher mass transfercoefficient Gas liquid Taylor flow mass transfer inside a square micro channel is studied when using nano fluid and water as the liquid phase The mass transfer coefficient increased on average by 24 innanofluid This is due to micro convections induced in the liquid because of Brownian motion ofthe nanoparticles Keywords microchannel mass transfer hydrodynamics mixing junction configuration nanofluid
استاد راهنما :
محسن نصراصفهاني
استاد داور :
نسرين اعتصامي، مسعود حق شناس فرد
