Stabilisering af flerlagsstrømme kan forbedre transporten af ​​tunge olier

I løbet af de sidste 20 år, olieindustrien er begyndt en gradvis overgang væk fra lette olier, som forbruges gradvist, mod tungere olier. Men at transportere tunge olier omkostningseffektivt er en stor udfordring, fordi tunge olier er tyktflydende - i det væsentlige en tyk, klistret og halvflydende rod.

Stabilisering af grænsefladen af ​​flerlagsstrømme til transport er ingen nem opgave. Mens flere potentielle løsninger er blevet foreslået, Der findes i øjeblikket ingen ensartet tilgang, der virker til alle applikationer.

En måde at udmanøvrere dette problem på, som forskere fra University of British Columbia rapporterer i Væskers fysik , er en viskoplastisk smøreteknik (VPL). Det kan supplere eksisterende metoder til at stabilisere grænseflader inden for flerlagsflows.

Viskoplasticitet beskriver den eller de egenskaber, hvor en masse virker som et fast stof under en kritisk værdi for spænding, men flyder som en tyktflydende væske, når spændingen øges.

Forskernes arbejde fokuserer på flerlagsstrømme, specifikt smurt rørledningsflow. I smurt rørledningsflow, en tynd væske, såsom vand, bruges til at smøre rørledningen via kerne-ringformede strømme. Men denne metode lider af grænsefladeustabilitet, hvilket betyder, at olie og vand kan blandes og gøre det vanskeligere at adskille nedstrøms.

"I flerlagsstrømme, grænsefladerne mellem to væsker er meget ustabile på grund af forskellene mellem væskeegenskaber, sagde Ian Frigaard, en professor i maskinteknik og anvendt matematik.

Tidligere arbejde med udbyttestressvæsker af forskerne antydede, at en ny konfiguration kunne forhindre ustabilitet i at vokse. Deres VPL-teknik placerer et lag flydespændingsvæske mellem den tunge olie og smøremidlet for at danne en flowstabiliserende hud.

"Flydespændingsvæsker - tænk på tandpasta eller hårgelé - fungerer som et fast stof, hvis den påførte spænding er mindre end dens flydespænding (punkt, hvor et materiale begynder at deformeres), " sagde Parisa Sarmadi, en ph.d.-kandidat, der arbejder med Frigaard. "Vores idé er at fastholde dette lag fuldstændig urokkeligt, så væskens grænsefladelag fungerer som et fast stof. Dette eliminerer grænsefladeinstabilitet. "

Et andet centralt begreb involveret i dette arbejde er interface -design. "Vi kan kontrollere indløbets strømningshastigheder på en måde til at forme grænsefladen, som vi ønsker, " sagde Sarmadi. "Den formede grænseflade genererer tryk i det ydre lag, og disse tryk virker som modvægt til kerneopdriften for at centrere kernevæsken. Typisk, den transporterede olie er mindre tæt end smørevandet."

Til dette arbejde og tidligere undersøgelser, forskerne viste, at VPL-teknikken kan optimeres til at opfylde et systems specifikke krav. De opdagede også, at den flydespænding, der kræves til disse applikationer, er let opnåelig med tilgængelige væsker.

Det betyder, at for alle operationelle input, strømningshastigheder, geometrier og væskeegenskaber, VPL-teknikken kan optimeres baseret på pumpeeffekt, genereret kraft og påkrævet flydespænding. "Evnen til at forme flydespændingsvæsken kom som en stor overraskelse for os, " sagde Frigaard. "Men i praksis kan enhver form pålægges grænsefladen, hvis strømningshastighederne er korrekt kontrolleret, og der er nok flydespænding."