30693

ساخت و بهينه سازي پوشش‌هاي بر پايه نانوالياف پلي‌آنيليني كاهنده جريان درگ در شناورها و بررسي تأثير آن در كاهش مصرف سوخت و انرژي

كارشناسي ارشد

مهندسي سيستم هاي انرژي- انرژي و محيط زيست

1399

1402/10/12

دكتر عليرضا زاهدي

دكتر مهدي مقيمي

فناوري هاي نوين

نيروي درگ زماني ايجاد مي‌شود كه يك جسم از يك سيال يا يك سيال از يك جسم عبور مي‌كند. نيروي درگ به دليل ابعاد فيزيكي جسم ايجاد مي‌شود كه باعث انسداد و تغيير جريان سيال مي‌شود. نيروي درگ براي وسايل نقليه دريايي باعث ايجاد مشكلاتي از قبيل ناتواني در دستيابي به سرعت‌هاي بالا، مصرف زياد سوخت و در نتيجه اثرات زيست محيطي ناشي از آن مي‌شود. همچنين، شناورها به دليل تماس با عوامل خورنده در معرض خوردگي قرار دارند. خوردگي بدنه شناور منجر به از دست رفتن مواد و هزينه‌هاي بسيار بالا مي‌شود. در پژوهش حاضر با در نظر گرفتن نيازهاي جدي براي كاهش مصرف سوخت و انرژي، هزينه و اثرات زيست محيطي، پوشش‌هاي نوين با خاصيت ضد خوردگي و كاهندگي نيروي درگ حاوي نانوالياف پلي‌آنيلين توليد شد. با توجه به آزمون‌هاي صورت گرفته كارايي اين پوشش‌ها در جلوگيري از خوردگي سطح و كاهش نيروي درگ مشخص شد. در اين پژوهش ابتدا نانوالياف پلي‌آنيلين با چهار دوپنت مختلف متان سولفونيك اسيد، نيتريك اسيد، هيدروكلريك اسيد و سولفوريك اسيد توليد شد. سپس آزمون خوردگي به منظور انتخاب بهترين دوپنت انجام شد. پس از انتخاب متان سولفونيك اسيد به عنوان بهترين دوپنت، به منظور افزايش راندمان در كاهش درگ، نانوالياف پلي‌آنيلين با متغيرهاي طراحي نسبت مولي آنيلين به آمونيوم پرسولفات، نسبت مولي متان سولفونيك اسيد به آنيلين و غلظت پلي‌آنيلين به منظور حداكثر كردن درصد كاهش درگ و حداقل كردن هزينه بهينه‌سازي شد. نتايج حاصل از بهينه‌سازي نشان داد كه نمونه بهينه با نسبت مولي آنيلين به آمونيوم پرسولفات برابر با 428/1، نسبت اسيد به آنيلين برابر با 021/15 و غلظت پلي‌آنيلين برابر با 190/2995 به دست آمد. اين نمونه با ميزان كاهش درگ 65/23 درصد و هزينه 063/2 دلار با مطلوبيت 4/62 درصد حاصل شد. همچنين پوشش حاوي نانوالياف بهينه در مقايسه با پوشش فاقد نانوالياف پلي‌آنيلين، توان مورد نياز شناور را 76/21 درصد كاهش مي‌دهد. استفاده از اين پوشش در وسايل نقليه دريايي مي‌تواند كمك بزرگي به كاهش مصرف سوخت و انرژي، كاهش هزينه و كاهش اثرات زيست محيطي ناشي از آن كند.

1402/12/14

Production and optimization of polyaniline nanofiber-based coatings as drag reducer used for barges and its impact on the reduction of fuel and fuel consumption

1/1/1900 12:00:00 AM

Drag force occurs when an object moves through a fluid or a fluid moves through an object. The drag force is created by the physical dimensions of the object, causing obstructions and changes to the fluid flow. The resistance of marine vehicles causes problems such as the inability to reach high speeds, high fuel consumption and the resulting environmental impacts. Also, the floats are exposed to corrosion due to contact with corrosive agents. Corrosion of the floats leads to material loss and very high costs. In the current research, Due to the serious need to reduce energy and fuel consumption, cost and environmental impacts, new coatings with anti-corrosion and drag reduction properties containing polyaniline nanofibers have been developed. The tests determined the effectiveness of these coatings in preventing surface corrosion and reducing drag. In this research, polyaniline nanofibers were produced using four different dopants: methanesulfonic acid, nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid. The corrosion test was then carried out to select the best dopant. After selecting methanesulfonic acid as the best dopant to increase the efficiency in reducing drag force, polyaniline nanofibers were optimised with the design variables of the molar ratio of aniline to ammonium persulfate, the molar ratio of methanesulfonic acid to aniline and the concentration of polyaniline to maximize the drag reduction and minimize the cost. The results of the optimization showed that the optimum sample was obtained with a molar ratio of aniline to ammonium persulfate of 1.428, an acid to aniline ratio of 15.021 and a polyaniline concentration of 2995.190. This sample was obtained with a drag reduction of 23.65% and a cost of $2.063 with a favourability of 62.4%. Also, the coating containing optimal nanofibers reduces the required power by 21.76% compared to the coating without polyaniline nanofibers. The use of this coating in marine vehicles can greatly help to reduce energy and fuel consumption, reduce costs and reduce the resulting environmental impacts.

بهينه سازي , ضد خوردگي , كاهش اثرات زيست محيطي , كاهش مصرف سوخت و انرژي , نانوالياف پلي‌آنيلين , كاهش درگ

optimization , anti-corrosion , reduction of environmental impacts , reduction of energy and fuel consumption , polyaniline nanofibers , drag reduction

Maryam Abdolvand

Dr. Alireza Zahedi