17961

17961

مدل‌سازي گازسازي قطره سوخت‌هاي سنگين نفتي

دكتري

تبديل انرژي

شهريور 1396

دكتر حجت قاسمي

مكانيك

در اين رساله به بررسي فرايند گازسازي قطره سوخت سنگين پرداخته شده است. ابتدا با داده‌هاي تقطير تجربي موجود براي نفت‌كوره كل منحني تقطير تخمين زده شده است. سپس شبه‌اجزايي با كسر جرمي و دماي جوش مشخص تعريف شده و با استفاده از روش فاكتور واتسون غيرثابت و جرم مخصوص كل اندازه¬گيري شده، وزن مخصوص هر كدام از شبه‌اجزا محاسبه گرديد. با بكارگيري روابط لي-كسلر جرم مولكولي، ثوابت بحراني و فاكتور خارج از مركزي هر كدام از شبه‌اجزا محاسبه شده و خواص ترموفيزيكي و انتقال شبه‌اجزا در فاز مايع و گاز تخمين زده شد. به منظور داشتن تخميني از ساختار شيميايي نفت‌كوره، آناليز PNA آن با استفاده از نرم‌افزار Hysys تعيين گرديد. سپس درصد گروه‌هاي مولكولي هركدام از بخش‌هاي پارافيني، نفتني و آروماتيك شبه‌اجزا با روابط ارائه شده در ادبيات محاسبه گرديد. مشاهده شد كه با افزايش دماي جوش از 500 تا 1100 كلوين، درصد آروماتيك‌ها در شبه‌جزء از 19 تا 100% افزايش مي‌يابد. هر چه دماي جوش شبه‌جزء بيشتر باشد شاخه‌هاي پارافيني متصل به حلقه‌هاي نفتني بيشتر شده و ساختارهاي آروماتيك با چند حلقه بنزن از صفر تا 30% افزايش خواهند داشت. به منظور سنجش دقت فرض ثابت بودن خواص فاز گاز در مدل‌سازي تبخير قطره سوخت‌هاي نفتي سنگين، معادلات شبه‌پاياي فاز گاز به همراه معادلات گذراي فاز مايع با فرض خواص متغير به صورت عددي حل گشت و نتايج آن با مدل تحليلي با فرض خواص ثابت مقايسه شد. مشاهده مي‌شود كه هر چه سوخت سنگين‌تر شود تفاوت بين دو مدل خواص متغير و خواص ثابت افزايش مي‌يابد. به منظور سنجش دقت فرض تك‌جزئي در نظر گرفتن سوخت چندجزئي، از مدل آبرامزون و سيريگنانو براي تبخير قطره تك‌جزئي و تعميم‌يافته آن به قطرات چند جزئي استفاده شد. مشاهده شد كه در تبخير قطره نفت‌كوره، تك‌جزئي در نظر گرفتن آن خطاي قابل ملاحظه‌اي در محاسبات وارد مي‌كند. به منظور سنجش صحت روش تفكيك سوخت، اين روش براي مطالعه تبخير قطره بنزين و ديزل با مدل كاملا گذرا استفاده شد و نتايج آن با نتايج عددي و تجربي موجود در ادبيات مقايسه گرديد. در اين مدل معادلات گذراي فاز گاز و مايع به صورت عددي حل مي‌شوند. خواص فاز گاز تابعي از زمان و مكان در نظر گرفته شدند. با مقايسه مدل حاضر با نتايج عددي و تجربي تبخير قطرات بنزين و ديزل مشاهده شد كه روش تفكيك سوخت استفاده شده در اين مطالعه به خوبي توانايي مدل‌سازي سوخت را دارد. در پايان دو مدل مختلف براي تبخير قطره چندجزئي، با بكارگيري قوانين فيك و هيرشفلدر براي ديفيوژن فاز گاز توسعه داده شد. در مدل‌هاي تبخير توسعه يافته، به منظور اطمينان از ارضاي قانون بقاي جرم كل از سرعت استفان اصلاح شده استفاده شد. هم‌چنين انتالپي ديفيوژن، در نظر گرفته شد. فرض شد كه تشعشع از محيط در سطح قطره جذب مي‌شود. به منظور در نظر گرفتن تعادل فاز غيرايده‌آل در سطح قطره از معادله حالت پنگ‌-رابينسون براي محاسبه ضريب فوگاسيتي استفاده گرديد. با مقايسه نتايج اين دو مدل با داده‌هاي تجربي مشاهده شد كه مدل تبخيري كه از قانون هيرشفلدر استفاده مي‌نمايد، تطابق بهتري با نتايج تجربي دارد. هر چند تفاوت اندكي بين رفتار تبخير قطره نفت‌كوره تخمين‌زده شده با اين دو مدل مشاهده مي‌شود. از مدل با قانون هيرشفلدر براي بررسي اثر پارامترهاي مختلف بر تبخير قطره استفاده شد. با افزايش دماي محيط از 800 تا 1400 بيشينه دبي تبخير قطره نفت‌كوره 370% افزايش نشان مي‌دهد. در صورت افزايش سرعت اوليه پاشش قطره از m/s 5 تا m/s 20 بيشينه دبي تبخير 120% افزايش خواهد يافت. هم‌چنين مشاهده مي‌شود كه با افزايش دماي محيط درصدي از عمر قطره كه اثرات پيروليز در آن اهميت دارد افزايش خواهد يافت.

1396/08/03

10/25/2017 12:00:00 AM