بررسی تجربی تاثیر میدان الکتریکی بر ضریب انتقال جرم فرآیند جذب گاز co2 در نانوسیال آب/fe3o4

در این مطالعه یک راهکار جدید برای افزایش و همچنین کنترل سرعت انتقال جرم در سیستم گاز-مایع گزارش شده و برای سیستم پرکاربرد و مهم جذب گاز دی اکسید کربن به داخل فیلم ریزان مایع به کار رفته است. این راهکار شامل افزودن نانوذرات اکسید آهن به فاز مایع و اعمال میدان الکتریکی بود. جهت تحقق این راهکار از یک دستگاه آزمایشگاهی ویژه برای به وجود آوردن فیلم ریزان در تماس با فاز گاز استفاده شد و آزمایشات برای سیستم آب- دی اکسید کربن انجام گردید. دستگاه آزمایشگاهی شامل لوله های مویین عمودی در چهار قطر داخلی(mm) 6، 8 ، 10 و 14 بوده که همگی به طول cm50 تهیه شده بودند. دو الکترود مسی جهت اعمال میدان در دوطرف لوله قرار داده شده، لوله عمودی از فاز مایع پر شده و فاز گاز توسط سرنگ به داخل لوله تزریق می شد. با بالا رفتن حباب گاز پس از تزریق توسط سرنگ، فاز مایع بر جداره خارجی حباب به سمت پایین به صورت فیلم ریزان فرو می ریخت و در تماس با فاز گاز قرار می گرفت و فرآیند جذب اتفاق می افتاد. طول حباب در اثر فرآیند جذب کاهش می یافت. تغییرات طول حباب توسط عکس هایی که در بخش های ورودی و خروجی لوله از حباب گرفته می شد، ثبت گردید و ضریب انتقال جرم محاسبه شد.حباب گاز با بالا رفتن در طول لوله و عبور از فضای بین دو الکترود، تحت میدان الکتریکی قرار می گرفت. نانوسیال به کار رفته در انجام آزمایش ها سوسپانسیون خریداری شده پایداری بودکه با افزودن آب مقطر به آن، به غلظت مورد نظر رقیق شده بود. نانوسیال رقیق شده کاملاً پایدار بوده و هیچ اثری از ته نشینی در نانوسیال مشاهده نشد. در این مطالعه نانوسیال با غلظت های 001/0%، 005/0%، 01/0% و 025/0% بر مبنای حجمی و میدان الکتریکی با شدت های kv/m266 ,200,133 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن بود که اعمال میدان الکتریکی قادر است به طور قابل توجهی سبب تقویت فرآیند جذب در سیال پایه شود و ضریب انتقال جرم را افزایش دهد. اما در حضور ذرات نانو در فاز مایع، اعمال میدان سبب کاهش سرعت انتقال جرم می شود. بیشترین مقدار افزایش ضریب انتقال جرم فرآیند جذب گاز در آب برابر 45% و بیشترین مقدار کاهش آن 5/63% در نانوسیال 005/0% بوده و هردو در شدت میدان kv/m266مشاهده گردید. نسبت ضریب انتقال جرم در حضور میدان به مقدار آن در غیاب میدان برحسب عدد رینولدز در سیال پایه به یک نقطه ماکزیمم برابر 45/1 رسید، در حالیکه در نانوسیال 001/0% یک نقطه می نیمم برابر 4/0 مشاهده شد. در تحلیل نتایج بدست آمده، از ویسکوزیته و ضریب نفوذ به عنوان دو عامل موثر بر ضریب انتقال جرم استفاده شد و تغییرات این دو پارامتر در سیال پایه و نانوسیال مورد آزمایش تحت میدان الکتریکی اندازه گیری شد. ویسکوزیته نانوسیال تحت میدان الکتریکی افزایش یافت. این اثر به علت تشکیل زنجیره توسط ذرات موجود در سوسپانسیون به واسطه قطبیتشان تحت میدان است. افزایش ویسکوزیته سبب افزایش مقاومت در برابر انتقال جزء جذب شونده از ناحیه فصل مشترک به داخل توده مایع، کاهش دبی مایع، افزایش ضخامت فیلم ریزان و در نتیجه کاهش ضریب انتقال جرم می شود. همچنین مشاهده شد ضریب نفوذ در نانوسیال تحت میدان الکتریکی کاهش یافته و در نتیجه باعث کاهش فلاکس انتقال جرم در جهت عمود بر فیلم ریزان می شود. در نهایت مقادیر تجربی ضریب نفوذ و ضریب انتقال جرم با مدل تداخل جرم و مدل فیلم مقایسه گردید. مقادیر تجربی تطابق خوبی با مدل تداخل جرم داشت.