اسم الباحث : Hussein Reda Muhammad Ali
اسم المشرف : أ.م.د. محمد حسين احمد ;أ.د. فرحان لفته رشيد
الكلمات المفتاحية : Bubble column reactor, simulation, Gas Hold up, Pressure, velocity
الكلية : كلية الهندسة
الاختصاص : الهندسة الميكانيكية
سنة نشر البحث : 2025
تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث
الخلاصة
تعتمد العديد من العمليات الصناعية على صعود فقاعات الهواء عبر بقايا زيت الوقود الثقيل (HFOR)، بما في ذلك استخالص النفط ومعالجة مياه الصرف
الصحي. لزيادة الكفاءة وخفض النفقات، من الضروري فهم خصائص هذه العملية. بمساعدةCOMSOL Multiphysics، قم بمحاكاة عددية لصعود فقاعة هواء
واحدة عبر بقايا زيت الوقود الثقيل. كانت أبعاد الحاوية المستخدمة في عمليات المحاكاة100مم في القطر و200مم في االرتفاع، مع فوهة واحدة وثالث فوهات
وخمس فوهات، كل منها بقطر (3،5،7) مم، مع درجات حرارةHFORعند (20،40،60،80) درجة مئوية. بالنسبة لفقاعة هواء تصعد عبر عمودHFOR، تتم
مقارنة النتائج العددية المتوقعة بنموذجين للمقارنة. مع ارتفاع الفقاعة، تقع المنطقة ذات أكبر عدد من الدوامات على جانبها. يتم احتواء الدوامة المتبقية داخل الفقاعة.
باإلضافة إلى ذلك، نظرًا ألن السحب يقلل من التدفق، فإن السائل األخف عادة ً ما يُظهر منطقة دوامة قوية وضغطًا منخفضًا. وبسبب الحركة المتموجة، تكشف النتائج
أن سرعة االرتفاع ترتفع في البداية ثم تنخفض تدريجيًا بين0.6و0.65ثانيةنتيجة اندماج الفقاعات، وفقًا للبياناتأخيرًا، اكتُشف أن الفقاعة الصاعدة تصرفت بشكل
عشوائي، حيث غيّرت مسارها من السطح إلى القاع لتكوين دوامات. انقسمت الفقاعات قبل الوصول إلى السطح عندزيادة سرعة حقن الهواء. كانت الحركة
المتموجة لفقاعات الهواء ناتجة عن كثافة السائل العالية، والتي تدهورت مع زيادة سرعة الهواء أو ارتفاع درجة حرارةHFOR. مع زيادة قيمة سرعة حقن الهواء
من0.15م/ث عند20درجة مئوية إلى0.28م/ث عند80درجة مئوية في الجزء العلوي من عمودHFOR، زادت قيم معامل السحب بشكل ملحوظ بنسبة20٪ لـ
قطر3مم و25٪ لـقطر= 5مم و30٪ لـقطر= 7مم. اكتشفت الدراسة أيضًا أن ارتفاع السائل يرتبط عكسيًا بالضغط.
Simulation Study for Hydrodynamic Behaviour of Air Bubbles Flowing Through a Reactor Column of Heavy Fuel Oil Residue
Abstract
Several industrial operations rely on the rise of air bubbles through heavy
fuel oil residue (HFOR), including oil recovery and wastewater treatment.
To increase efficiency and decrease expenses, it is necessary to
understand the characteristics of this process. With the help of COMSOL
Multiphysics, numerically simulate the ascent of a single air bubble via
HFOR. The dimensions of the container used in the simulations are 100
mm in diameter and 200 mm in height, with one and three, and five
nozzles, each one with a diameter (3,5,7) mm, with HFOR temperatures
at (20, 40, 60, 80) °C. For an air bubble ascending through an HFOR
column, the predicted numerical outcomes are compared with two models
for the comparison. As the bubble rose higher, the region with the
greatest number of vortices is located on its side. The remaining vortex is
contained inside the bubble. In addition, since drag decreases the flow, a
lighter fluid usually exhibits a region of strong vortex and low pressure.
Because of the wavy motion, the results reveal that the rising velocity initially
rises and then gradually falls between 0.6 and 0.65 seconds as bubbles coalesce,
according to the data. Finally, it was discovered that the rising bubble behaved
chaotically, shifting its path from the surface to the bottom to generate vortices. The
bubbles split before reaching the surface when the air injection speed increased. The
wavy motion of the air bubbles is due to the high liquid density, which deteriorated
with increased air velocity or raised HFOR temperature. As the air injection velocity
value 0.15 m/s at 20 °C increases to 0.28 m/s at 80 °C at the top of HFOR column, the
drag coefficient values increase significantly 20% for Dn = 3mm and 25% for Dn =
5mm and 30% for Dn =7mm. The study also discovers that liquid height is correlated
inversely with pressure


