Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS MODELLING OF IMMISCIBLE LIQUIDS IN SCALED-UP MICROREACTOR
Year (A.D.)
2017
Document Type
Thesis
First Advisor
สมพงษ์ พุทธิวิสุทธิศักดิ์
Second Advisor
สุทธิชัย อัสสะบำรุงรัตน์
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Mechanical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล)
Degree Name
วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
วิศวกรรมเครื่องกล
DOI
10.58837/CHULA.THE.2017.1315
Abstract
สำหรับการสกัดด้วยตัวละลายในเครื่องปฏิกรณ์ขนาดจุลภาคนั้น ของเหลวในกระบวนการจะมีคุณสมบัติที่ไม่ละลายเข้าหากันซึ่งจะทำให้เกิดรูปแบบของการไหลที่แตกต่างกันออกไป โดยการไหลแบบ slug นั้นเป็นรูปแบบการไหลที่มักจะพบได้เมื่อเป็นการไหลที่ความเร็วต่ำ ซึ่งการไหลดังกล่าวสามารถรักษารูปแบบการไหลให้คงที่ตลอดความยาวท่อโดยที่มีประสิทธิภาพในการสกัดที่สูงกว่ารูปแบบการไหลแบบอื่นๆ ซึ่งเป็นผลจากการหมุนวนภายในเนื่องจากการเคลื่อนที่ของของเหลวภายใน slug การศึกษาการสกัดด้วยตัวทำละลายด้วยวิธีการดังกล่าวได้รับการยอมรับว่ามีประสิทธิภาพที่สูงเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการอื่นที่มีการใช้งานอยู่ในปัจจุบัน แต่ที่ผ่านมามักเป็นการศึกษาในระดับจุลภาคซึ่งมีผลผลิตโดยรวมน้อย ในงานวิจัยนี้ได้มุ่งไปที่การศึกษาผลเนื่องจากการเพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อในระดับมิลลิเมตร ที่มีต่อการเปลี่ยนแปลงรูปแบบการหมุนวนภายใน และความดันตกคร่อมภายใน slug โดยทำการศึกษาด้วยการจำลองแบบทางพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณแบบ 2 มิติ ของการไหลผ่านท่อที่มีพื้นที่หน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมที่มีขนาดแตกต่างกันออกไปตั้งแต่ 1-10 มิลลิเมตร ของเหลว 2 ชนิดที่มีคุณสมบัติการไม่ละลายเข้าหากันประกอบด้วยน้ำและเคโรซีนจะถูกป้อนเข้าสู่ท่อที่อยู่ตรงข้ามกันและเกิดการผสมกันที่บริเวณข้อต่อรูปตัว T โดยเปลี่ยนแปลงค่า Weber number ในช่วง 0.002-0.02 ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้นของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อทำให้เวลาการหมุนวนลดลง 1.39% และความดันตกคร่อม slug ลดลง 85.12% โดยที่มีอัตราการไหลเชิงปริมาตรเพิ่มมากขึ้น อย่างไรก็ตามพบว่ารูปแบบการไหลแบบ slug จะไม่สามารถพบได้อีกต่อไปเมื่อเป็นการไหลในท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 6 มิลลิเมตร
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
Among the different flow regimes in the liquid-liquid extraction in microchannel, Taylor or slug flow is a type of flow that maintains a stable shape as two immiscible fluids convect alongside and harvests higher extraction efficiency than other flow types. Its attributes narrate the genesis of the internal circulation within the slug. While most research on slug flow are at microscale level, this research highlights the effect of diameter range of a circular tube at millimeter-scale, featuring the phenomena that arise out of the internal circulation patterns and the pressure drop caused at large channel. Investigation is done via a 2D numerical simulation of flow through microchannel with different diameters (1 to 10 mm). Two immiscible fluids are fed into two adverse ends of the tube, and mixing occurs within the mixing element of the T-junction. The Weber number is in the range of 0.002-0.02. Upon the operating conditions that induced the slug flow pattern, an increment in the tube diameter leads to the decrement of the recirculation time up to 1.39% and 85.121% of pressure drop along the channel. However, findings reveal that slug flow pattern is no longer generated when the channel diameter is larger than 6 mm.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
มงคล, คณิน, "การจำลองแบบทางพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณของของเหลวที่ไม่ละลายเข้าหากันในเครื่องปฏิกรณ์แบบจุลภาคที่ขยายขนาด" (2017). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 1805.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/1805