Geri Dön

Fischer Tropsch sentez şartlarında Taylor akış dinamiği: Deneysel görüntüleme ve akışkanlar dinamiği simulasyon çalışması

Taylor flow dynamics under Fischer Tropsch synthesis conditions: Experimental visualization and simulation study

PDF İndir

  1. Tez No: 924286
  2. Yazar: ÖZGE AKYAVAŞOĞLU
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ERTUĞRUL ERKOÇ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 136

Özet

Bu çalışma, L ve T kanal içerisinde hidrojen ve karbonmonoksit gazlarının gaz yağı (dizel yakıt) ile oluşturduğu taylor akışı üzerine kapsamlı bir araştırmayı içermektedir. Bu tezin amacı 1 mm çaplı kare kanal içerisinde oluşan kabarcık, slug uzunluklarını ve kabarcık hızlarını akış süresince incelemek, elde edilen kabarcık ve slug uzunluklarını makine öğrenmesi ile modellemek ve L ve T kanal geometrisinin Ansys Fluent programı ile simülasyon performansını ortaya koymaktır. Taylor akışında kabarcık ve slug uzunlukları kütle transferi, tutma oranı, film kalınlığı gibi birçok değişken ile ilişki içerisinde olan kritik bir faktördür. Bu değişkenlerin akış içerisinde konum ve zamana göre değişiminin incelenmesi, bu akış türünün endüstriyel ve kimyasal işlemlerde kullanılması açısından oldukça gereklidir. Çalışma kapsamında oluşturulan makine öğrenmesi modelleri hem değişkenler arasında karmaşık davranışın ortaya çıkarılması hem de yeni teknoloji çalışmaları içerisinde yer alan makine öğrenmesi tabanlı kontrol sistemlerinin taylor akışında uygulanabilirliğini ortaya çıkarması açısından oldukça önemlidir. Ayrıca, yapılacak olan simülasyon çalışmaları pasif karıştırıcı olarak bilinen L ve T kanal geometrisini anlamak için oldukça gereklidir. Taylor akışında kabarcık ve slug uzunlukları ile ilgili çeşitli yaklaşımlar mevcuttur. Kanal geometrisi, kütle transferi, kabarcık oluşum frekansı ile kabarcık ve slug uzunluklarının Ca, Re gibi boyutsuz sayılarla olan ilişkileri literatürde yer almaktadır. Bu kapsamda akış kararlılığı ve akış homojenliği ve kabarcık hızı kabarcık ve slug uzunluklarının modellenmesinde önemli bir ölçü olmaktadır. Ayrıca şimdiye kadar klasik yollarla yapılan modelleme çalışmalarının deneysel çalışma sınırları içerisinde esnek bir model önerisi için validasyon özelliği ile öne çıkan makine öğrenmesi çalışması ihtiyacı tespit edilmiştir. Tüm bu süreç içerisinde simülasyon çalışmaları taylor akışında film kalınlığı, slug hızı, gaz sıvı karışım özellikleri gibi bir çok veriyi sağlayarak önemli bir yer edinmiştir. Simülasyon çalışmalarında taylor akışında Re>1 olduğu koşullarda L ve T kanallarda deneysel ve simülasyon sonuçları arasında büyük farklar görülmüş, bu problemin çözümü için periyodik akış ve özel fonksiyonlar gibi stratejiler geliştirilmiştir. Bu ilişki yumağının analizi için çalışmanın ilk kısmında kanal tipi, gaz tipi, gaz ve sıvı hızları gibi belirgin etkilerin kabarcık ve slug oluşumu ile oluşan kabarcık ve slugların kanal içerisindeki değişimleri araştırılmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde ise elde edilen kabarcık ve slug uzunlukları ile literatürdeki kabarcık ve slug uzunluk modellerini kapsayan bir model önerisi üzerine yoğunlaşırmıştır. Son olarak, çalışmada kullanılan L ve T kanallarda oluşan simülasyon problemini ortaya koymak için kanallarda hidrojen gaz yağı performansları incelenmiştir. Bu çalışmada, pleskiglass kanal içerisinde oluşturulan T ve L şekilli kanallara gönderilen gaz ve sıvı fazların yüksek hızlı kamera yardımıyla görüntülenmesi ile elde edilen akış desenlerinden görüntü işleme yardımıyla kanal içerisinde kabarcık ve slug uzunlukları ile kabarcık hızı elde edilmiştir. Elde edilen bu verilerde kabarcık ve slug uzunluğu arttıkça sabit gaz ve sıvı hızında kabarcık ve slug oluşum boyutları arasında sapmalar görülmüştür. Bu durum, uzun sıvı slugların oluşturduğu basınç düşüşü ile uzun kabarcıkların hızlı hareketi ile ilişkilendirilmiştir. Ayrıca, kabarcık ve slug uzunluklarının normal dağılım yerine Burr dağılımına uyduğu ve bu dağılım davranışının kabarcık ve slug oluşumundan itibaren giderek değiştiği görülmektedir. İlk bölümden elde edilen kabarcık ve slug uzunluklarının makine öğrenmesi yardımıyla yapılan modellemelerinde Re ve Ca sayıları gaz ve sıvı debi oranları, gaz ve kanal tipi ile yapılan modellemelerde parametrik olmayan Gaussian proses regresyon ile literatürde yer alan modellerden çok daha başarılı model elde edilmiştir. Önerilen modellerde yer alan değişkenlerin, bireysel grafikleri incelenmiş ve önerilen modelin, değişkenlerin kabarcık ve slug uzunlukları ve birbiri ile ilişkisi açısından oldukça başarılı olduğu görülmüştür. Yapılan simülasyon çalışmalarında ise, 3 boyutlu kanal geometrisine ayrı kollardan gaz ve sıvı beslemelerinin giriş çıkış basınçları, akış viskozitesi gibi değişkenlerden etkilenmediği sonucuna varılmıştır. T kanal içerisinde deneysel olarak elde edilen akış deseninin saplandığı akış koşullarında kanal içerisinde elde edilen deneysel ve teorik kabarcık hızlarının aynı olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Bu şartlar altında gaz ve sıvı debi oranları ve tutma oranlarının fourier dönüşümüne uyarak tutma oranının belirli aralıkta kısıtlandığı ortaya çıkarılmıştır. L kanalda deneysel ve teorik verilerin uyumu açısından bir ilişki tespit edilememiştir. Bu çalışma taylor akışında kabarcık ve slugın kanal içerisindeki davranışını ortaya çıkararak, hidrojen ve karbonmonoksit gazlarının kullanıldığı çalışmalarda düzgün bir kütle ve ısı transferi sağlayacak koşulların tespit edilmesinde faydalı olacaktır. Ayrıca, kabarcık ve slug uzunluğu için önerilen parametrik olmayan modellerin oldukça başarılı olduğu görülmüş, yeni teknoloji ile yapılan akış kontrolü uygulamalarında bu modellerin tercih edilebilirliğini ortaya çıkarmıştır. Yapılan simülasyon çalışmalarında ise T ve L kanal probleminin nedenleri ortaya çıkarılmış, problemin çözümü için daha farklı stratejiler gerektiği sonucuna varılmıştır.

Özet (Çeviri)

This study includes a comprehensive investigation on the taylor flow of hydrogen and carbon monoxide gases with gasoil in L and T channels. The aim of this thesis is to investigate the bubble, slug lengths and bubble velocities formed in a 1 mm diameter square channel during the flow, to model the obtained bubble and slug lengths with machine learning and to demonstrate the simulation performance of the L and T channel geometry with Ansys Fluent software. In Taylor flow, bubble and slug lengths are critical factors in relation with many variables such as mass transfer, retention rate and film thickness. Investigation of the variation of these variables according to position and time in the flow is very necessary for the use of this flow type in industrial and chemical processes. The machine learning models created within the scope of the study are very important both in terms of revealing the complex behaviour between variables and revealing the applicability of machine learning based control systems, which are among the new technology studies, in taylor flow. In addition, simulation studies are very important to understand the L and T channel geometry. There are various approaches to the bubble and slug lengths in Taylor flow. Relationships between channel geometry, mass transfer, bubble formation frequency and bubble and slug lengths with dimensionless numbers such as Ca, Re are included in the literature. In this context, flow stability and flow homogeneity and bubble velocity are important measures for modelling bubble and slug lengths. In addition, the need for a machine learning study, which stands out with its validation feature for a flexible model proposal within the experimental study limits of the modelling studies carried out in classical ways so far, has been identified. In all this process, simulation studies have gained an important place by providing many data such as film thickness, slug velocity, gas liquid mixture properties in taylor flow. In simulation studies, large differences were observed between experimental and simulation results in L and T channels under conditions where Re>1 in Taylor flow, and strategies such as periodic flow and special functions were developed to solve this problem. In the first part of the study, in order to analyse this relation ball, the significant effects such as channel type, gas type, gas and liquid velocities on the formation of bubbles and slugs and the changes of bubbles and slugs in the channel were investigated. In the second part of the study, the obtained bubble and slug lengths are used to propose a model that covers the bubble and slug length models in the literature. Finally, the hydrogen gasoil performances in the channels are analysed to reveal the simulation problem in L and T channels used in the study. In this study, bubble and slug lengths and bubble velocity in the channel were obtained with the help of image processing from the flow patterns obtained by imaging the gas and liquid phases sent to the T and L shaped channels formed in the plexiglass channel with the help of a high speed camera. In these data, as the bubble and slug length increased, deviations were observed between the bubble and slug formation sizes at constant gas and liquid velocity. This was attributed to the pressure drop created by the long liquid slug and the rapid movement of the long bubbles. It is also observed that the bubble and slug lengths follow the Burr distribution instead of the normal distribution and this distribution behaviour gradually changes from the bubble and slug formation. In the modelling of the bubble and slug lengths obtained from the first part with the help of machine learning, Re and Ca numbers, gas and liquid flow rates, gas and channel type, non-parametric Gaussian process regression were used in the modelling and a much more successful model was obtained than the models in the literature.The individual graphs of the variables in the proposed models were analysed and it was found that the proposed model was quite successful in terms of the bubble and slug lengths of the variables and their relationship with each other. In the simulation studies, it is concluded that the gas and liquid feeds from separate branches to the 3D channel geometry are not affected by variables such as inlet and outlet pressures and flow viscosity. It is concluded that the experimental and theoretical bubble velocities obtained in the channel are the same under flow conditions where the flow pattern obtained experimentally in the channel is deviated. Under these conditions, it was revealed that the gas and liquid flow rates and retention rates are restricted within a certain range by obeying the Fourier transform of the retention rate. No correlation between experimental and theoretical data was found in L channel. This study reveals the behaviour of the bubble and slug in the channel in Taylor flow and will be useful in determining the conditions that will provide a smooth mass and heat transfer in studies using hydrogen and carbon monoxide gases. In addition, the non-parametric models proposed for the bubble and slug length were found to be quite successful, revealing the preferability of these models in flow control applications with new technology. In the simulation studies, the causes of the T and L channel problem were revealed and it was concluded that different strategies are required for the solution of the problem.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    650373

    Fischer-Tropsch sentezi hidrodinamik koşullarında Taylor akışında sıvı slugdaki akış alanı: Mikro PIVv ve reaksiyon çalışması

    Flow field of liquid slug in Taylor flow for Fischer-Tropsch synthesis hydrodynamic conditions: Micro PIV and reaction study

    SİNAN DÖNMEZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    EnerjiBursa Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ERTUĞRUL ERKOÇ

  2. Tez No

    310621

    Direct synthesis of paraffins from combined fFscher Tropsch and hydrocracking

    Parafinlerin Fischer-Tropsch ve hidrokraking birleşik yöntemi ile doğrudan sentezi

    YUSUF TANUĞUR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. A. NURSEN İPEKOĞLU

  3. Tez No

    286430

    Catalytic microchannel configurations for hydrocracking of Fischer-Tropsch hydrocarbons

    Fischer-Tropsch hidrokarbonlarının hidrokırılması için mikrokanallı reaktör düzenleri

    MEHMET İRFAN HÖSÜKOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    DOÇ. DR. AHMET KERİM AVCI

  4. Tez No

    384924

    Development of alternative Fischer-Tropsch catalysts for conversion of synthesis gas into liquid fuels

    Sentez gazından sıvı yakıt üretimine yönelik alternatif Fischer Tropsch katalizörlerinin geliştirilmesi

    MURAT BARANAK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL

  5. Tez No

    573004

    Potasyum ve çinko metallerinin TiO2 destekli demir katalizörüne eklenmesinin Fischer tropsch sentezi ile hafif olefin üretimine etkilerinin araştırılması

    Study of effects of potassium and zinc metals on TiO2 supported iron catalysts for production of light olefins by Fischer tropsch synthesis

    UTKU BURGUN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN

Geri Dön