Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany,Ebrahim Shirani
محسن نصراصفهانی (استاد راهنما) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Changiz Karamian
سروش کرمیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387
The rapid development of microfabrication techniques creates new opportunities for applications of microchannel reactor technology in chemical reaction engineering. Because of large surface to volume ratios and small traort paths in two phase microchannels flow, mass and heat transfer is high. Hence use of microchannels is increasing. The extremely large surface-to-volume ratio and the short traort path in microchannels enhance heat and mass transfer dramatically, and hence provide many potential opportunities in chemical process development and intensification. Multiphase reactions involving gas and liquid reactants with a solid as a catalyst are ubiquitous in chemical and pharmaceutical industries. For gas and liquid two-phase flow in a microchannel, the Taylor slug flow regime is the most commonly encountered flow pattern. The performance of microchannels largely depends on the underlying hydrodynamics of the gas and liquid flow. Thentostudy the flow and traort phenomena in microchannels must first hydrodynamic behavior be determined. In this work, we study the hydrodynamic behavior of a Taylor slug gas and liquid system in flow microchannels using Computational Fluid Dynamics(CFD). A T-junction empty microchannel with varying cross-sectional width (0.25, 0.5, 0.75, 1mm) served as the model micro-reactor, and a finite volume based commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) package, FLUENT, was adapted for the numerical simulation. The two-phase pressure drop and the lengths of gas and liquid slug with 1%-AL 2 O 3 /water Nano fluid-air as the working fluid at various operation and fluid conditions were obtained and found to be in good agreement with the literature data. Simulation result show that the volume of fluid in both 2D as well as 3D, predict pressure and the values obtained, are in good agreement with theoretical Young-Laplace pressure and previous articles. Surface tension is the most dominant role in determining the pressure drop and slug properties in microchannels and the Bond number appropriate criterion the effects of gravity. The length-averaged friction factor for the liquid slug increased four times from the single phase value (f.Re=16). The dimensionless slug length is mainly determined by the phase hold-up, with a slight effect of Re and Ca. Therefore, wider channels have longer slug length at the same superficial gas and liquid velocities. Gravitational effects can be ignored in microchannels. The gas slug length increases with increase in superficial gas velocity, and decrease in superficial liquid velocity. The liquid slug length increases with increase of liquid velocity, and decrease of superficial gas velocity.
در جریان دو فازی در میکروکانالها بدلیل داشتن سطح به حجم بیشتر و مسیر انتقال کمتر نسبت به کانالهای معمولی انتقال حرارت و جرم بالا است، بنابراین استفاده از میکروکانالها در حال افزایش است. برای بررسی جریان و پدیده های انتقال در میکروکانالها بایستی ابتدا هیدرودینامیک آنها مشخص شود. در این پایان نامه هیدرودینامیک جریان لختهای نانوسیال(1% اکسید آلومین در آب)و هوا در میکروکانال های با قطر 125، 250، 500و1000 میکرو متر با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی بررسی می شود. جهت انجام شبیه سازی از کد تجاری FLUENT و روش حجم سیال استفاده می شود. برای این کار افت فشار محاسبه شده، مشخصات لخته ها با مطالعات دیگر مقایسه شده و اثرات تغییر قطر، گرانش،کشش سطحی،زاویه تماس، سرعت وویسکوزیتة فازها مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که مدل حجم سیال هم در حالت دو بعدی وهم در حالت سه بعدی به خوبی تغییرات فشار و طول لخته ها را در میکروکانالهاپیش بینی می کند و مقادیر بدست آمده، توافق خوبی با فشار تئوری یانگ-لاپلاس و مقالات منتشر شده قبلی دارد. در جریان دو فازی در میکرو کانال ها با اینکه رژیم جریان آرام است، اما افت فشار تا 4 برابر از افت فشار جریان آرام تک فازی فاصله می گیرد. طول بدون بعد لخته ها عمدتاً تابع موجودی فازها است و اعداد بدون بعد Re و Ca نیز روی آن تأثیر ثانویه دارند، بنابراین کانال های عریض تر لخته های طویل تری در سرعت های یکسان گاز و مایع(موجودی یکسان) دارند. با کم شدن قطر کانال، ناحیه اختلاط کمترشده، تعداد بیشتری لخته تولید می شود و طول لخته ها نیزکاهش می یابد. ویسکوزیته، کشش سطحی و چسبندگی سطح اثرات متوسطی بر طول لخته ها دارند ولی اثر دانسیتة هر دو فاز قابل صرف نظر کردن است. در پایان با داده های عددی بدست آمده، روابطی برای افت فشار و طول بدون بعد لخته ها بدست آمده است. این روابط می تواند در بازه مورد نظر، طول لخته ها را پیش بینی کنند و با استفاده از این طول های بدست آمده، پارامترهای مهم پدیده های انتقال مانند افت فشار و انتقال جرم را تخمین زد. ادامه شیوه این مطالعه، روش مناسبی برای بررسی انتقال جرم و واکنش در جریان دو فازی در میکروکانال ها است که می تواند زمینه مطالعات بعدی باشد. کلمات کلیدی: دینامیک سیالات محاسباتی،حجم سیال، جریان دوفازی، میکروکانال،جریان لخته ای،جریان تیلور، نانوسیال.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی