شبيه سازي عددي حركت قطره آب نمك در ميدان الكتريكي يكنواخت

Numerical simulation of salt-water drop motion in an Electric field

در مطالعه حاضر، اثر ميدان الكتريكي يكنواخت روي هيدروديناميك قطره آب نمك در نفت خام مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور، از نرم افزار كامسول (COMSOL) كه بر اساس روش المان محدود مي­باشد، استفاده مي­شود. نتايج حاصل با نتايج در دسترس، مورد اعتبار سنجي قرار گرفته است و توافق خوبي مشاهده شده است. اثر پارامترهاي متفاوت از جمله عدد كپيلاري الكتريكي، عدد رينولدز، جهت ميدان الكتريكي و نفوذپذيري الكتريكي نسبي سيال روي فرايند حركت يك قطره منفرد آب نمك در نفت خام تحت ميدان الكتريكي بررسي شده است. نتايج نشان مي­دهد كه تنش­هاي الكتريكي كه بر سطح مشترك قطره وارد مي­شوند، سبب تغيير شكل قطره و كشيدگي آن در راستاي ميدان الكتريكي مي­گردند. مقدار اين تغيير شكل با افزايش نسبت نيروي الكتريكي به كشش سطحي (عدد كپيلاري الكتريكي) بيشتر مي‌شود. همچنين، فرآيند حركت قطره تحت ميدان الكتريكي در راستاي عمود در زمان طولاني‌تري نسبت به راستاي ميدان الكتريكي افقي، در شرايط يكسان، اتفاق مي‌افتد. از اينرو، ميدان الكتريكي خارجي يكنواخت مي­تواند براي كنترل غيرتماسي حركت قطره مورد استفاده قرار گيرد.

In the present study, the effect of the uniform electric field on the hydrodynamic of salt-water drops in crude oil is studied. For this approach, COMSOL Multiphysics software is used, which is based on the finite element method. The obtained results are compared and validated with the available numerical and analytical results and good agreement is observed. The effect of different parameters including the electric Capillary number, the Reynolds number, direction of the electric field, and the relative permittivity of fluid, on the movement of a single drop of saltwater in crude oil under the electric field, is investigated. The results reveal that electric stresses at the interface cause drop deformation and elongation in the direction of the electric field. The magnitude of this deformation increased with increasing the ratio of electric force to surface tension (electric capillary number). Also, the motion process of drop takes longer time in vertical electric field compared with the horizontal electric field in the same condition. Therefore, a uniform external electric field can be used for non-contact controlling of a dropping movement.