15975

15975

مدل‌سازي تبخير قطره سوخت سنگين

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

شهريور ماه 1395

شهريور ماه 1395

دكتر حجت قاسمي

مكانيك

چكيده در ايران مقدار زيادي پسماند پالايشگاهي يا سوخت نفتي سنگين توليد مي‌شود. يكي از روش‌هاي بگارگيري تميز اين منبع انرژي، گازسازي آن‌ها به منظور توليد محصولات گازي باارزش است. اولين مراحل در فرآيند گازسازي سوخت نفتي سنگين پاشش و تبخير قطرات آن مي‌باشد. تبخير قطرات سوخت نفتي سنگين به دليل غلبه ماهيت گذراي آن و همچنين تركيب بسيار پيچيده آن از مدل‌هاي رايج پيروي نمي‌كند. به همين منظور ابتدا با اتخاذ رويكرد كاملا گذرا تبخير قطره چندجزئي با در نظرگرفتن تغييرات مكاني و زماني كليه‌ي خواص بررسي شده است. براي اين كار معادلات بقاي اجزاء، انرژي، و مومنتوم در فاز گاز و بقاي اجزاء و انرژي در فاز مايع به صورت عددي حل شده‌اند. صحت نتايج حاصله با مقايسه با داده‌هاي تجربي موجود براي قطرات تك‌جزئي و دوجزئي هپتان، دكان، و هگزادكان نشان داده شده است. سپس به منظور تعيين دقيق خواص ترموفيزيكي سوخت، مدلي براي سوخت نفتي سنگين توسعه داده شده است. با فرض تركيب كاملا هيدروكربني براي سوخت و با استفاده از منحني تقطير برازش شده، سوخت به شبه‌اجزاي متعددي تفكيك شده است. به كمك اين شبه‌اجزاء، خواص مورد نياز معادلات تبخير سوخت بدست آورده شده‌اند. به منظور اعتبارسنجي، اين رويكرد به سوخت‌هاي بنزين و ديزل اعمال شده و نتايج حاصله با منحني‌هاي تبخير تجربي موجود مقايسه شده‌اند و همسويي بسيار مناسبي ديده شده است. با اين رويكرد تبخير يك نمونه سوخت سنگين پالايشگاه آبادان با تركيبات متعددي مانند تركيب چندجزئي دلخواه، تركيب داده‌هاي تجربي منحني تقطير و تركيب تك‌جزئي بررسي شده است. آثار دماي محيط و قطر اوليه قطرات بر رفتار تبخيري آن‌ها در فشار اتمسفريك بررسي شده است. نتايج نشان‌مي‌دهد كه منحني‌هاي تبخير اين سوخت‌ها رفتار پيچيده‌اي دارند و به ندرت مي‌توان آن‌ها را با قانون d2 توصيف كرد. همچنين تركيب تك‌جزئي با تركيب چند‌جزئي مقايسه شده است. تفاوت بين اين دو حالت در سوخت سنگين بسيار بيشتر از سوخت ديزل مي‌باشدكه علت آن در وسيع بودن بازه دماي جوشش سوخت سنگين نسبت به سوخت ديزل مي‌باشد. با افزايش دماي محيط، تفاوت عمر تركيبات با اجزاي كمتر با عمر مدل چندجزئي كاهش مي‌يابد. هم‌چنين دو منحني در ابتداي عمر قطره رفتار يكساني ندارند، چون اجزاي فرار حالت چندجزئي فرارتر از جزء معادل حالت تك‌جزئي مي‌باشد. مقايسه‌اي بين رويكردهاي چند جزئي نيز انجام شده است. شبه‌اجزاء بايد به گونه‌اي انتخاب شوند تا تمام گستره دمايي منحني تقطير را در نظر گرفته شود. اجزاء سوخت سنگين ممكن است قبل از اين‌كه تبخير شوند در دماي كمتري دچار شكست شوند. با بررسي دماي قطره در سوخت‌ سنگين اين موضوع بررسي شده است. همچنين مشخص شد كه حدودا نيمي از قطره قبل از رسيدن به دماي پيروليز تبخير مي‌شود. همچنين با استفاده از اين رويكرد تبخير سوخت چندجزئي JP-8 در دماهاي عملكردي در يك توربين گاز مطالعه شده است. نتايج اين مطالعه به صورت يك رابطه‌اي بين عمر قطرات و قطر اوليه آن‌ها با دماي محيط ارائه شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه عمر قطرات با معكوس دماي محيط به صورت نمايي كاهش و با مربع قطر اوليه افزايش مي‌يابد. واژه‌هاي كليدي: مدل‌سازي تبخير قطره، مدل‌سازي تفكيك سوخت، تخمين عمر قطره، سوخت سنگين