مقدمه
انتقال جرم در سیستم‌های متخلخل، به ویژه در مواد مانند سیلیکا، از جمله مباحث حیاتی در علم مهندسی شیمی، زمین‌شناسی و علوم محیطی محسوب می‌شود. این فرآیندها به دلیل کاربردهای وسیع خود در حوزه‌هایی همچون حوضه‌های نفت و گاز، تصفیه‌خانه‌های آب، و فرآیندهای جذب و جداسازی اهمیت ویژه‌ای دارند. یکی از چالش‌های اساسی، درک و مدلسازی مکانیزم‌های انتقال جرم درون شکاف‌های متخلخل است که تحت تأثیر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی مواد قرار داشته و به عوامل دیگری همچون دما و فشار وابسته است. حل تحلیلی معادلات حاکم بر انتقال جرم می‌تواند بینش عمیقی نسبت به رفتار و ویژگی‌های مواد متخلخل فراهم کند.
هدف
این تحقیق، ارائه یک مدل تحلیلی برای بررسی انتقال جرم در سیلیکای متخلخل در یک شکاف است. راه حل تحلیلی ایجاد شده در اینجا به ویژه در ارزیابی دقت مدل های عددی انتقال جرم واکنش پذیر در محیط متخلخل شکسته مفید است و همچنین در به دست آوردن برآورد مرتبه اول محلول حمل و نقل قبل از مدل سازی عددی مفید است.
هدف از مطالعه انتقال جرم در سیستم‌های متخلخل، درک بهتر و پیش‌بینی دقیق‌تر چگونگی حرکت مواد در داخل این سیستم‌ها است.
این درک عمیق‌تر می‌تواند به ما در موارد زیر کمک کند:
بهبود فرآیندهای صنعتی
-
- در صنعت نفت و گاز، به استخراج بهتر نفت و گاز از مخازن زیرزمینی کمک می‌کند.
- در تصفیه آب، به حذف موثرتر آلاینده‌ها از آب منجر می‌شود.
- در فرآیندهای جداسازی، به جداسازی بهتر مواد از یکدیگر کمک می‌کند.
طراحی مواد جدید
- با درک بهتر انتقال جرم در مواد متخلخل، می‌توانیم مواد جدیدی با ویژگی‌های خاص برای کاربردهای مختلف طراحی کنیم.
حفاظت از محیط زیست
- با درک چگونگی حرکت آلاینده‌ها در خاک و آب، می‌توانیم راه‌های بهتری برای جلوگیری از آلودگی و پاکسازی محیط زیست پیدا کنیم.
این مدلسازی از روی مقاله زیر انجام شده است برای دانلود مقاله میتوانید از طریق لینک زیر اقدام فرمایید.
برای دانلود مقاله اصلی روی لینک زیر کلیک کنید.
Reactive silica transport in fractured porous media: Analytical solution for a single fracture
نرم افزار متلب
MATLAB یک زبان سطح بالا و با محیطی جذاب می باشد، که در ابتدا براساس زبان برنامه نویسی C توسعه داده شد. واژه متلب هم به معنی محیط محاسبات رقمی و هم به معنی خود زبان برنامه‌نویسی مربوطه‌است که از ترکیب دو واژه MATrix (ماتریس) وLABoratory (آزمایشگاه) ایجاد شده‌است. این نام حاکی از رویکرد ماتریس محور برنامه است، که در آن حتی اعداد منفرد هم به عنوان ماتریس در نظر گرفته می‌شوند.
کار کردن با ماتریس‌ها در متلب بسیار ساده است. در حقیقت تمام داده‌ها در متلب به شکل یک ماتریس ذخیره می‌شوند. برای مثال یک عدد (اسکالر) به شکل یک ماتریس 1×1 ذخیره می‌شود. یک رشته مانند «Tehran is capital of Iran» به شکل ماتریسی با یک سطر و چندین ستون (که تعداد ستون‌ها به تعداد کاراکترهاست) ذخیره می‌شود. حتی یک تصویر به شکل یک ماتریس سه بعدی ذخیره می‌گردد که بُعد اول و دوم آن برای تعیین مختصات نقاط و بُعد سوم آن برای تعیین رنگ نقاط استفاده می‌شود. فایل‌های صوتی نیز در متلب به شکل ماتریس‌های تک ستون (بردارهای ستونی) ذخیره می‌شوند. بنابراین جای تعجب نیست که متلب مخفف عبارت آزمایشگاه ماتریس باشد.
شبیه‌سازی انتقال جرم در سیستم‌های متخلخل با نرم افزار متلب
در این پروژه، به بررسی چگونگی حرکت مواد در داخل موادی که پر از سوراخ‌های ریز هستند (مثل سیلیکا) پرداخته‌اند. این موضوع در صنایع مختلفی مثل نفت، گاز و تصفیه آب اهمیت زیادی دارد. برای فهم بهتر این موضوع، آن‌ها از یک نرم‌افزار به نام متلب استفاده کرده‌اند تا بتوانند رفتار مواد را در این شرایط شبیه‌سازی کنند. در تهایت 100خط کد نویسی در متلب انجام شده و داده های نتایج با مقاله مطابقت دارد.شماتیک مدل انجام شده در متلب در شکل زیر نمایش داده شده است.
نتیجه گیری
انتقال مواد در دل مواد متخلخل، مثل سیلیکا، موضوعی جذاب و چالش‌برانگیز در علوم مهندسی است. این فرآیندها در صنایع مختلفی از جمله نفت و گاز، تصفیه آب و تولید مواد جدید کاربرد دارند.شرکت SANILCO با استفاده از نرم‌افزار متلب، توانسته‌اند مدل‌های ریاضی پیچیده‌ای را برای شبیه‌سازی این فرآیندها ایجاد کنند. هدف از این تحقیقات، درک بهتر رفتار مواد در محیط‌های متخلخل و در نتیجه بهبود فرآیندهای صنعتی و حفاظت از محیط‌زیست است.
جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر از طریق لینک زیر اقدام بفرمایید.