عنوان پایان‌نامه
ششبیه سازی جذب سطحی متان برروی نانو تیوبهای کربنی با استفاده ازدینامیک مولکولی وترمودینامیک آماری
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی- فرآیندهای کاغذسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 810.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 40555
- تاریخ دفاع
- ۱۵ بهمن ۱۳۸۷
- استاد راهنما
- علی محبی, حسین ابوالقاسمی
- دانشجو
- رسول محمدی خواه نجف آبادی
- چکیده
- در این مطالعه جذب سطحی متان بر روی نانولوله های کربنی مختلف با استفاده از دینامیک مولکولی سیال، شبیه سازی شده است. سیستم اصلی توسط مدل لنارد - جونز با فرض اینکه مولکولهای سیال اجسام صلب هستند، مدل شده است. توسط ترمودینامیک آماری، خواص ماکروسکوپیک از خواص میکروسکوپیک بدست آمده است و از آنها در بکارگیری طراحی بهینه فرآیند جذب سطحی استفاده شده است. شبیه سازیها در چندین دمای مختلف انجام شده و دبی جذب، انتالپی، انتروپی، ظرفیت حرارتی، ضریب تراکم پذیری و خواص ترمودینامیکی جذب سطحی بدست آمده است. نتایج از جذب ضعیف متان در دمای محیط خبر می دهد در صورتیکه در حالت مایع و دماهای بسیار پایین، مقدار جذب به حداکثر خود میرسد. راهکارهایی برای صادرات متان از طریق جذب و ذخیره سازی گاز طبیعی در مخازن مربوطه، در ادامه ارائه شده اند. نتایج نشان می دهند که با افزایش فشار، پوشش سطحی افزایش می یابد تا در حالت مجانبی به مقدار نهایی خود نزدیک می شود در حالیکه با افزایش دما کاهش می یابد. اثرات دما و فشار بر روی خواص ترمودینامیکی مورد علاقه بررسی شده اند. اثرات قطر و کایرالیته نانو لوله نیز در ادامه بررسی شده اند. نتایج این تحقیق با داده های شبیه سازی و نتایج تجربی توافق کامل داشته و در برخی موارد نوعی حتی از روش های پیچیده تر هم، دقیق تر بوده است. هندسه های مختلف جذبی نیز بدست آورده شده اند. برای اولین بار در این تحقیق تجزیه و تحلیل چند لایه برای جذب سطحی متان صورت گرفته است. چندین مدل جذب کلاسیک نیز برای همبسته کردن داده های شبیه سازی آزمایش شده اند. همدمای ترکیبی سیپس – لانگمویر با خطای اندکی بعنوان بهترین گزینه ممکن جهت پیشگویی دبی جذب، معرفی شده است. ضریب انتقال جرم نفوذی متان نیز در این مطالعه محاسبه شده است. برخی از ایده ها و نتایج حاصل از این مطالعه تاکنون بیان نشده اند و در نوع خود بی نظیر بحساب می آیند. با در نظر گرفتن موارد بالا و کار برنامه نویسی فوق العاده سنگینی که انجام شده است، این مطالعه در نوع خود قابل ملاحظه است. نتایج برنامه نویسی نیز در آینده به شکل یک بسته شبیه سازی ثبت و در اختیار علاقمندان قرار خواهد گرفت.
- Abstract
- In this thesis, methane adsorption on/in open-ended SWCNTs is simulated by the molecular dynamics. The LJ potential is considered for all interactions with this assumption that methane molecules treat as rigid bodies. Macroscopic thermodynamic properties are calculated via microscopic properties obtained from MD simulations. These properties are used for optimization of adsorption process. Simulations are performed at different temperatures as well as pressures and in the following surface coverage, enthalpy, entropy, heat capacity and compressibility factor of adsorption are estimated through their relevant rigorous relations in statistical thermodynamics. Results show that methane is weakly adrobed on/in SWCNTs. It is found that the amount of adsorption in liquid state as good as low temperatures is much higher. Some helpful ways are proposed for application of this process in gas storage and sending abroad. Surface coverage increases with pressure increase wheras decrease with temperature increase. When the system pressure takes higher values, the coverage approaches its final value slowly. Effect of temperature and pressure in addition to chirality of CNT on thermodynamic properties is investigated as well. Our results were in good agreement with the experimental data and other’s simulation data, even sometimes better than those of experimental one. Interesting features of non-equlibrium adsorption are studied via several snapshots of the system. Several models are correlated to simulation data, and finally, it is found that the hybrid model of Sips and Langmuir isotherms is the best choice. Moreover, self-diffusivity of methane during the adsorption procedure is obtained considering long time of simulation. Some of the results included in this study are unique so that to date have not been presented at all. Programming of this work is accomplished and the final program is under way to probably export or sell. The program is also very easy for users having a basic background of MD science.
