شماره ركورد
34529
پديد آورنده
ترانه سادات جانفدا
عنوان
مطالعات آزمايشگاهي و شبيهسازي تزريق بخار در خاك
مقطع تحصيلي
دكترا
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1387
تاريخ دفاع
1404/06/16
استاد راهنما
دكتر نوراله كثيري
استاد مشاور
دكتر هولگا كلاس
دانشكده
مهندسي شيمي، نفت و گاز
چكيده
در اين رساله، مطالعات آزمايشگاهي و شبيهسازي فرايند تزريق بخار در خاك، به عنوان يكي از موثرترين روشهاي موجود در كاهش آلودگيهاي فرار و نيمهفرار، بررسي شدهاند. در قسمت اول، مدلسازي تزريق بخار در محيط متخلخل اشباع از آب، با استفاده از مدل جريان چندفازي اولرين تركيب شده با مدل چگالش تماس مستقيم و نيز در نظر گرفتن محيط متخلخل با استفاده از رويكرد تودهاي (يكپارچه) صورت پذيرفته است. اين مدل، ميزان اشباع بخار و توزيع دما در طول زمان را بطور قابل قبولي پيشبيني مينمايد و نتايج آن از نظر كيفي، مشابه نتايج آزمايشگاهي و شبيهسازي موجود منتشر شده قبلي مرتبط با تزريق بخار در منطقه اشباع از آب در خاك است. همچنين، مقادير كمّي مساحتهاي پوشيده شده توسط جبهههاي پيشرونده با مرز دمايي اشباع در جعبه شن، حاصل از نتايج شبيهسازي مدل چگالش تماس مستقيم و نيز حاصل از اندازهگيريهاي آزمايشگاهي موجود، براي چندين زمان فرآيندي استخراج و مقايسه شدند. چنانچه، پس از گذشت 6، 12 و 18 دقيقه از شروع فرآيند، مقادير حاصل از شبيهسازي، براي مناطق دمايي تحت پوشش، به ترتيب معادل با 0/025، 0/049 و 0/082 مترمربع ميباشند. مقادير متناظر براي اطلاعات آزمايشگاهي موجود، معادل با 0/02، 0/059 و 0/098 مترمربع هستند. در قسمت ديگر اين تحقيق، نتايج حاصل از مطالعات آزمايشگاهي تزريق بخار اشباع و بخار خشك در يك جعبه شن ارائه شده است. اهداف اصلي اين مطالعه، ارزيابي راندمان حرارتي بخار خشك نسبت به بخار اشباع تزريقي در ناحيه غيراشباع از آب جعبه شن و نيز مشاهده چگونگي و مقايسه پيشروي جبهه دمايي اشباع و جبهه دمايي فوقگرم در جعبه شن طي زمانهاي فرآيندي ميباشد. با بهكارگيري دو نرخ جريان بخار مختلف، راندمان حرارتي تزريق بخار خشك با دماي 200 درجه سانتيگراد، نسبت به تزريق بخار در حالت اشباع با دماي 100 درجه سانتيگراد مقايسه شده است. براي يك مكان انتخابي مشخص داخل جعبه شن و با در نظر گرفتن نرخ جريان بخار 2/4 كيلوگرم بر ساعت در شرايط حالت پايا، راندمانهاي حرارتي محلي بخار خشك نسبت به بخار اشباع تزريق شده، در دو حالت محاسبات بر پايه جرمي و نيز محاسبات بر پايه انرژي، به ترتيب معادل با % 14/3 و % 6/3 حاصل گرديد. در قسمت انتهايي اين تحقيق، شبيهسازي فرايند تزريق بخار اشباع و بخار خشك در ناحيه غيراشباع از آب در جعبه شن، با در نظرگرفتن برخي فرضيات ساده كننده، از طريق شبيهساز DuMux، انجام شد و نتايج شبيهسازي گزارش گرديد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/27
عنوان به انگليسي
Experimental studies and simulation of steam injection process in soil
تاريخ بهره برداري
2/16/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ترانه سادات جان فدا
چكيده به لاتين
In this thesis, experimental studies and simulation of the steam injection process in soil, considered as one of the most effective methods for reducing volatile and semi-volatile pollutants, are investigated. In the first part of this research, modeling of steam injection in the saturated porous media systems is performed using the direct contact condensation model, DCC, and Navier-Stockes equations. For the first time, a two-resistance DCC model for porous media application has been included, predicting the propagation of steam front and condensation. The corresponding source and sink terms are due to the calculated condensation rate is added to each phase continuity equation and enthalpy equation of the liquid phase by user-defined functions, UDFs. Pressure drop due to flowing fluids in the porous structure was considered by lumped approach model using viscous and inertial loss terms added to momentum equations of the model. Heat loss from the sandbox is considered as a sink term based on the calculated overall heat transfer coefficient and local temperature differences. The model results meet acceptable predictions for steam saturation content and temperature distributions over time and the predictions are qualitatively similar to the experimental and simulation results of the previous literature. The quantitative values of the sandbox-covered thermal areas were extracted from propagated saturated temperature fronts over processing time for both DCC simulation results and available experimental measurements, then the values were compared together. After elapsing 6, 12 and 18 minutes from the beginning of the process, the simulation values of covered thermal areas are 0.025 m2, 0.049 m2 and 0.082 m2. The corresponding experimental values are 0.02 m2, 0.059 m2 and 0.098 m2, respectively. The other part of this research presents results from an experimental study on the injection of superheated steam into a quasi-two-dimensional, sand-filled laboratory flume. The main objectives of the study are (I) the evaluation of superheated steam efficiency, as opposed to saturated steam, concerning the heat-up of the sand filling and (II) to observe and understand how the steam in its superheated state sweeps the unsaturated zone over time. Superheated steam was injected at 200 °C, while for comparison, saturated steam was injected at 100 °C. Two different flow rates were applied. The fronts of saturated steam in both injection regimes as well as the dry-out front of the superheated steam were closely monitored and documented here. The effects of the different injection parameters such as temperature and enthalpy as well as other parameters and processes of influence like the heat transfer mechanisms or heat losses and their controlling quantities are discussed in detail. At
distinct points, based on measurements, the heat-up efficiencies are calculated locally, and a comparison is made between superheated and saturated steam injection. In steady state condition and in a specific selected point inside the sandbox, the local heat-up efficiency based on mass calculation and the local heat-up efficiency based on energy calculation are evaluated for supersaturated steam injection in comparation to the saturated steam injection. Due to calculated results, it is determined that for supersaturated steam injection, the local heat-up efficiency based on mass and energy calculations are 14.3% and 6.3% higher compared to saturated steam injection. At the end, simulation of the saturated and supersaturated steam injection process in the unsaturated zone of the sand filled flume is performed using the DuMux simulator considering some simplified assumptions, and the simulation results are reported.
كليدواژه هاي فارسي
تزريق بخار اشباع و بخار خشك، جريانهاي دوفازي غيرهمدما در محيطهاي متخلخل، ناحيه اشباع و غيراشباع خاك، مدل چگالش تماس مستقيم، آزمايشات و شبيهسازي
كليدواژه هاي لاتين
Superheated and saturated steam injection, Non-isothermal two-phase flows in porous media, Saturated and non-saturated zones of soil, Direct contact condensation model, Experiments and simulation
Author
Taraneh Sadat Janfada
SuperVisor
Prof. Norollah Kasiri