عنوان پایان‌نامه
بررسی تجربی ضریب انتقال جرم دربسترهای سیال سه فازی حاوی نانو سیال
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-انرژی و محیط زیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1028.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 48968
- تاریخ دفاع
- ۱۸ خرداد ۱۳۹۰
- دانشجو
- بهاره بابایی تازه کندی
- استاد راهنما
- نوید مستوفی, رضا ضرغامی
- چکیده
- بسترهای سیال سه فازی، به عنوان مهمترین و در عین حال پیچیده ترین محیط تماس سه فاز گاز، مایع و جامد در راکتورهای صنعتی به حساب میآیند. امروزه یکی از موارد حائز اهمیت در طراحی و عملکرد این رآکتورها، کاهش اندازه، انرژی مصرفی و افزایش راندمان است. در سال های اخیر، نتایج مطالعات با بکارگیری نانوسیالات(که از پراکنش ذرات جامد با اندازه بین 1 تا 100 نانومتر در سیالات پایه حاصل می گردند) نوآوری جدیدی را در انتقال حرارت، به ارمغان آورده و سبب حصول نتایج مطلوب گردیده است. در این تحقیق با توجه به تشابه فرآیندهای انتقال جرم و حرارت، سعی در بررسی تاثیر نانوسیالات حاوی آب مقطر- ?-Al2O3و آب مقطر-SiO2 در درصدهای حجمی 1/0%، 2/0%،4/0% و 5/0% در سیستم های انتقال جرم به منظور افزایش در میزان انتقال جرم شده است. بدین منظور، از نانوذرات ?-Al2O3 و SiO2 به ترتیب با اندازه های اولیه 40 و 14 نانومتر و همچنین سیال پایه آب مقطر استفاده شد. سپس با انتخاب و طراحی رآکتور حبابی،تاثیر حضور نانو ذرات مذکور در میزان جذب گاز اکسیژن در سیستم های گاز-مایع حاوی نانوذرات صورت پذیرفت. پارامترهاو مکانیزم های تاثیر گذار بر انتقال جرم، نظیر غلظت، اندازه،جنس نانوذره و همچنین سرعت ظاهری گاز (ug) و نگهداشت گاز (g?) مورد آزمایش و بررسی قرارگرفته است. نتایج نشان می دهد که ضریب انتقال جرم حجمی اکسیژن(kLa) در نانوسیالات مورد بررسی در این آزمایشبیشتر از سیال پایه است .kLa با افزایش کسر حجمی نانوذرات تا کسر حجمی 2/0% از نانوذرات ?-Al2O3 و SiO2بیشتر می شود. همچنین نتایج نشان می دهد که نانوذره ?-Al2O3بهبود بیشتری در مقایسه با نانوذره SiO2 نشان می دهد. بیشترین میزان افزایش ضریب انتقال جرم حجمی اکسیژن 6/38% می باشد که برای نانوسیال آب مقطر- ?-Al2O3و به ازای کسر حجمی 2/0% به دست آمده است، سپس با افزایش بیشتر غلظت نانوذرات ضریب انتقال جرم حجمی گاز اکسیژن کاهش می یابد. همچنین با افزایش ugمقادیر g? و همچنین kLa برای همه سیالات افزایش می یابد. نگهداشت کلی گاز دارای یک ماکزیمم درکسر حجمی 2/0درصد و یک مینیمم درکسر حجمی 4/0درصد از غلظت نانوذرات می باشد.
- Abstract
- Studies about application of nanofluids (which are produced by dispersing the solid particles with average size of 1-100 nm in a base fluid) show that the heat transfer rate increases noticeably for these fluids. In the present study, based on the similarity of heat and mass transfer,mass transfer in nanofluids consisting of ?-Al2O3-distilled water and SiO2-distilled water containing 0.1%,0.2%,0.4% and 0.5% volume concentration was investigated. Water was the base fluid and ?-Al2O3 with average particle size of 40 nm and SiO2with average particle size of 14 nm were used in this study. Effect of these nanoparticles was studied on absorption of oxygen in gas-liquid-solid systems. Effective parameters on the mass transfer mechanism (solids concentration, size of particles, type of nanoparticle and superficial gas velocity) were experimentally investigated.The results showed that the overall oxygen transfer coefficient(kLa) of the nanofluid is higher than that of the base fluid. The overall oxygen transfer coefficient of the nanofluids increases with volume fraction of nanoparticles up to 0.2% volume concentration of ?-Al2O3and SiO2.?-Al2O3nanoparticle showed higher enhancement in the mass transfer coefficient with respect to SiO2. The maximum enhancement of kLa was 38.6 % and was achieved with ?-Al2O3-distilledwater nanofluidat 0.4% volume concentration. Increase in concentration of nanoparticles beyond 0.2% resulted in increase in gas hold-up (?g) and roughly decrease in sauter mean bubble diameter. At the nanoparticle concentration of 0.4%, the holdup reaches a minimum. The holdup of ?-Al2O3was found to be greater than that of SiO2. Keywords: Three-phase fluidized bed, Volumetric mass transfer coefficient, Bubble columns Nano-fluids, Nanoparticle, Superficial gas velocity.
