discrete element method
در نشریات گروه مهندسی شیمی، نفت و پلیمر-
در پژوهش حاضر، تجمع و شکست ذرات آسفالتین با استفاده از کوپل همزمان روش اجزای گسسته و دینامیک سیالات محاسباتی در جریان آرام شبیه سازی شده است. با توجه به ماهیت آسفالتین، یک مدل جدید تجمع جهت مدلسازی فرایند چسبیدن ذرات آسفالتین بر اساس ساختار واقعی کلوخه ها پیشنهاد شده است. برخورد ذرات، راندمان برخورد و شکست کلوخه های آسفالتین به صورت دقیق مطالعه شده اند. همچنین، رشد ذرات آسفالتین و تغییرات توزیع اندازه ذرات به همراه تغییرات ساختار کلوخه ها بررسی شده است. در طول فرایند توده ای شدن ذرات آسفالتین، در بازه زمانی اولیه رشد اندازه ذرات کم است که دلیل آن تجمع ذرات اولیه و شکل گیری کلوخه های کوچک می باشد. در بازه زمانی میانی به علت برخورد کلوخه ها و تشکیل کلوخه های بزرگ، رشد اندازه ذرات شدت می گیرد و در بازه انتهایی شکست کلوخه ها رشد بیشتر آن ها را محدود می سازد و نهایتا به حالت پایا می رسد. توزیع لگاریتمی نرمال بهترین مطابقت را با نتایج توزیع اندازه ذرات نشان می دهد که بر اساس مطالعات قبلی با طبیعت آسفالتین نیز هماهنگی دارد. بر اساس نتایج شبیه سازی، کرنل برخورد و شکست به طور مستقیم محاسبه گردید که با نتایج کرنل برخورد و شکست در مراجع پیشین همخوانی دارد.
کلید واژگان: ذرات آسفالتین، تجمع، شکست، روش اجزای گسسته، دینامیک سیالات محاسباتیIn the present study, the agglomeration and fragmentation of asphaltene particles have been simulated in laminar using the simultaneous coupling of Discrete Element method and Computational Fluid Dynamics. A new coalescence model according to the nature of asphaltene has been proposed. Asphaltene flocs have been considered as irregular shape rigid object. Particle collisions and collision efficiency as well as the fragmentation of asphaltene flocs have been studied in details. Furthermore, the asphaltene particles growth and change in particle size distribution along with average fractal dimension changes have been investigated. During the flocculation of the asphaltene particles, the asphaltene particles grow slowly in the initial times. It can be explained by the agglomeration of primary particles and the formation of asphaltene flocs. In the middle time period, due to the collision of the flocs and the formation of large flocs, the growth of the asphaltene particles increase. At the late times, the fragmentations limit the floc growth, and eventually asphaltene particle size approximately reaches a constant value in the steady state. The lognormal distribution provides the best fit for the asphaltene PSDs which, according to previous studies, is also consistent with the nature of asphaltene. The results of proposed collision and fragmentation kernels based on simulation results are agreed well with previous studies.
Keywords: Asphaltene Particles, Agglomeration, Fragmentation, Discrete Element Method, Computational Fluid Dynamics -
در حفاری چاه های نفت و گاز، یکی از عوامل موثر و تاثیرگذار در نرخ نفوذ حفاری و مقدار انرژی ویژه (انرژی مورد نیاز برای حذف حجم واحدی از سنگ)، فشار محصورکننده یا به عبارتی دیگر فشار ته چال است. عملیات برش سنگ ترکیبی از دو حالت شکست شکننده و تغییر شکل پذیر است. هر کدام از این حالات شکست، تاثیر متفاوتی برروی انرژی ویژه و ساختار مواد خرد شده و در نتیجه نرخ نفوذ حفاری دارد. در این مقاله جهت درک ارتباط بین حالت شکست سنگ و فشار محصورکننده و تاثیر آن برروی انرژی ویژه از روش عددی المان مجزا استفاده شده است. برای این منظور در این تحقیق از نرم افزار عددی کد جریان اجزاء که رفتار مکانیکی مواد دانه ای را با روش المان های مجزا شبیه سازی می کند، استفاده شده است. براساس نتایج به دست آمده در شرایط بدون فشار، نیروی اعمالی از تیغه باعث شکست اتصالات بین دانه ای در یک صفحه ای شکست می شود. اما در شرایط فشار محصورکننده، مکانیزم متفاوتی در حال وقوع است و اختلاف فشار به وجود آمده باعث نگه داشتن مواد خرد شده برروی همدیگر و افزایش انرژی ویژه می شود. همچنین تا فشار حدود MPa 26 با افزایش میزان تنش، انرژی ویژه افزایش نسبتا خطی دارد. اما بعد از این فشار به دلیل افزایش تنش های محصورکننده و شرایط نزدیک به لیتواستاتیک، روند افزایشی انرژی ویژه نسبت به افزایش عمق کاهش می یابد.کلید واژگان: روش عددی المان مجزا، شکست سنگ، انرژی ویژه، تنش برجا و نرم افزار PFC2DIn the drilling of oil and gas wells, confining pressure or the pressure at the well bottom is one of the effective factors affecting the rate of drilling and the amount of specific energy (the energy needed to remove a single volume of rock). In this operation, the rock cutting process is a combination of two modes of failures, i.e. brittle and ductile. Each of these failure modes has a different effect on the specific energy and structure of the crushed material, and thus on the rate of drilling. In this paper, the distinct element method is used to understand the relationship between rock fracture and confining pressure and its effect on the specific energy. For this purpose, a particle flow code is used that numerically simulates the mechanical behavior of the granular materials such as rocks. Based on the results obtained in condition of no confining pressure, the force applied to the cutter blade causes failure of the inter-granular connections in a single failure plane. But under confined pressure conditions, a different mechanism is taking place, and the difference in pressure created during the cutting action of PDC drill bits keep the crushed rock on each other and increase the mechanical specific energy of the rock cutters. Also, up to a pressure of about 26 MPa, with increasing tension, the specific energy has a relatively linear increase during the cutting action of the bits. But after this pressure due to the increased confining stresses and near-hydro-static conditions, the incremental increase in the mechanical specific energy decreases as the drilling depth increases.Keywords: Discrete Element Method, Rock Failure, Specific Energy, In Situ Stress, PFC2D
-
In the current study, the kinetics of asphaltene particle flocculation is investigated under a shear flow through numerical simulation. The discrete element method (DEM) is coupled with computational fluid dynamics (CFD) to model the agglomeration and fragmentation processes. In addition, a coalescence model is proposed to consider the attachment of colliding particles. The changes in mean asphaltene floc size, the particle size distribution (PSD) of asphaltene flocs over simulation time, and the average fractal dimension are presented. Moreover, the effect of fluid velocity on the kinetics of asphaltene flocculation is examined. The mean asphaltene floc size increases exponentially at first, and then the growth slows; finally, it ceases due to the establishment of a dynamic equilibrium between the agglomeration and fragmentation processes. As expected, asphaltene PSD’s move from fine to coarse sizes during the simulation. Log-normal distribution matches the PSDs best, which is in agreement with the nature of asphaltene. As fluid velocity increases, the dynamic equilibrium is attained more rapidly at a smaller mean floc size and higher average fractal dimension; furthermore, PSDs shift to smaller asphaltene floc sizes. The obtained average fractal dimensions of the asphaltene flocs are in the range of 1.65 to 1.74, which is compatible with the values reported in the literature. Eventually, a semi-analytical model is utilized to fit the simulation results. It is found out that the semi-theoretical model is capable of predicting the evolution of asphaltene particle size appropriately.Keywords: Asphaltene Flocculation, Kinetics, discrete element method, Computational Fluid Dynamics
-
Effect of interparticle force on the hydrodynamics of gas-solid fluidized beds was investigated using the combined method of computational fluid dynamics and discrete element method (CFD-DEM). The cohesive force between particles was considered to follow the van der Waals equation form. The model was validated by experimental results from literature in terms of bed voidage distribution and Eulerian solid velocity field. The results revealed that the incorporated model can satisfactorily predict the hydrodynamics of the fluidized bed in the presence of interparticle forces. Effect of interparticle force on the bubble rise characteristics, such as bubble stability, bubble diameter and bubble velocity, was investigated. It was shown that the emulsion voidage increases with increasing the interparticle force in the bed and it can hold more gas inside its structure. In addition, by increasing the interparticle force, size of bubbles and rise velocity of bubbles increase while the average velocity of particles decreases.Keywords: Discrete element method, Interparticle forces, Hydrodynamics, Bubble, Fluidization
-
Soft-sphere discrete element method (DEM) and Navier-Stokes equations were coupled with equations of energy for gas and solids to investigate the process of agglomeration in fluidized bed of polyethylene particles at high temperature. The Newton’s second law of motion was adapted for translational and rotational motion of particles and agglomerates. The cohesive force for polyethylene particles was calculated based on a time dependent model for solid bridging by the viscous flow mechanism. The motion of agglomerates was described by means of the multi-sphere method. By taking into account the cohesiveness of particles at high temperatures and considering real dynamic agglomerates, the fluidization behavior of a bed of polyethylene particles was successfully simulated in terms of increasing the size of agglomerates. Effect of the inlet gas temperature on mass and size of agglomerates was investigated. A mechanistic study in terms of contact time, cohesive force and repulsive force, which are the key parameters in the formation of agglomerates, were also carried out.Keywords: Agglomeration, Discrete element method, Fluidized bed, High temperature solid bridge
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.