جناب آقای مهندس عادل عبادی دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران، از رساله خود با عنوان « مطالعه تجربی-عددی برهمکنش قطره نفتی با حباب گازی در محلول های آبی ( experimental and numerical study of oil droplet-gas bubble interaction in aqueous solutions) » به راهنمایی جناب آقای دکتر سیدمصطفی حسینعلی پور در تاریخ 1400/12/04 ساعت 08:00 به صورت مجازی دفاع خواهد نمود.
استاد راهنما: دکتر سیدمصطفی حسینعلی پور
اساتید داور داخلی: دکتر حمید صفاری / دکتر سید نظام الدین اشرفی زاده
اساتید داور خارجی: دکتر مصطفی کشاورز مروجی / دکتر علی اشرفی زاده
چکیده رساله:
بسیاری از فرآیندهای صنعتی و طبیعی مانند جداسازی نفت از آب به روش شناورسازی گازی، ازدیاد برداشت نفت، سیستم های میکروفلوئیدی، کپسوله سازی و تحویل دارو و غیره، با حضور همزمان قطرات روغنی و حباب های گازی همراه اند. برهمکنش این ذرات سیال با یکدیگر و یافتن شرایط بهینه برای کپسوله شدن حباب ها توسط فاز قطره نقش تعیین کننده ای در کنترل و بهیه سازی فرآیندهای مذکور دارد. لذا، به منظور شناخت هر چه بیشتر اندرکنش های بین دو این ذره سیال غیر همسان، در رساله حاضر پدیده کپسولاسیون یک حباب هوا توسط قطره روغن در محیط های آبی به دو روش تجربی-عددی مورد مطالعه قرار گرفت. در بخش تجربی بررسی برهمکنش در حالت های استاتیک و دینامیک با کمک یک دوربین سرعت بالا صورت گرفت. در بخش عددی نیز یک مدل سه فازی جدید مبتنی بر روش بولتزمن شبکه ای-میدان فازی (Phase-Field LBM) توسعه یافت تا شبیه سازی های صورت گرفته و راستای تحقیق با شرایط کاربردی و کمیت های فیزیکی واقعی انطباق یابند. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که بازدهی کپسولاسیون با افزایش ویسکوزیته محیط و کاهش ضریب پخش قطره روغنی (که با کشش سطحی بین سه سیال تعیین می گردد) کاهش می یابد. برآورد بازدهی کپسولاسیون در محلول های آب نمک 0.05، 0.1 و 0.6 مول نیز حاکی از افزایش عمومی تعداد کپسولاسیون موفق نسبت به آب خالص است. محاسبه زمان پوشش حباب نشان می دهد که این زمان با افزایش نسبت اندازه قطره به حباب (Dd/Db) کاهش می یابد. بر اساس نقشه نموداری برخورد بر حسب دو عدد بی بعد وبر (We) و کپیلاری (Ca) مشخص گردید که با افزایش Ca ، برای تشکیل کپسولاسیون، عدد وبر نیز باید افزایش پیدا کند. همچنین در این نمودار، خط سهمی از مرتبه 3 معرفی شد که جدا کننده محدوده وقوع و عدم وقوع کپسولاسیون می باشد. نتایج شبیه سازی برای مراحل برهمکنش و نحوه پخش انواع قطرات با اندازه و لزجت های متنوع همخوانی بسیار خوبی با مشاهدات تجربی دارند. این نتایج نشان می دهند که زمان های برخورد (t collision) و پوشش (t spreading) با کاهش ضریب پخش، افزایش ویسکوزیته قطره و ویسکوزیته فاز پیوسته افزایش می یابند. این دو زمان مشخصه با شتاب گرانش و سرعت صعود رابطه عکس دارند. برای حباب و قطره غیر هم اندازه، نمودار زمان پوشش در نسبت قطرهای 0.5-1، نزولی بوده و برای نسبت قطرهای بزرگتر از 1 تقریبا ثابت می ماند.
کلمات کلیدی:
برهمکنش قطره-حباب، جریان سه فازی، مطالعه تجربی، شبیه سازی عددی، روش بولتزمن شبکه ای، کپسوله-سازی حباب، تخلیه فیلم بینابینی