نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

مقایسه دو پلیمر پلی اکریل آمید و کربوکسی متیل سلولز در کاهش نیروی درگ در خطوط لوله‌ی افقی همراه با نانو ذرات اکسید منیزیم

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده
نادیا اسفندیاری
گروه مهندسی شیمی، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران
چکیده
در این مطالعه، دو پلیمر پلی‌آکریل‌آمید و کربوکسی‌متیل سلولز به همراه نانوذرات اکسید منیزیم جهت کاهش درگ در خطوط لوله‌ی افقی از جنس گالوانیزه، مسی و پنج‌لایه مورد استفاده قرار گرفتند. در هر خط لوله، سه پارامتر موثر بر فرآیند غلظت نانوذره اکسید منیزیم (0 تا 160 میلی گرم بر لیتر)، غلظت پلیمر ( 0 تا 64 میلی گرم بر لیتر) و عدد رینولدز (6400 تا 25600) با استفاده از روش پاسخ و نرم افزار طراحی آزمایش-13 مورد بررسی قرار گرفت. سپس مقایسه ­ای بین میزان کاهش درگ دو پلیمر پلی‌آکریل‌آمید و کربوکسی‌متیل سلولز در هر خط لوله صورت گرفت. با استفاده از مدل به دست آمده میزان کاهش درگ پیش بینی شد. با افزایش مقدار هر سه پارامتر مورد بررسی، یعنی عدد رینولدز، غلظت پلیمر و غلظت نانوذره، میزان کاهش درگ به‌طور محسوسی افزایش یافت. در میان این عوامل، عدد رینولدز بیشترین تاثیر را بر کاهش درگ داشت و پس از آن به‌ترتیب غلظت پلیمر و غلظت نانوذره نقش مؤثری ایفا کردند. بررسی نتایج در هر سه خط لوله نشان داد که میزان کاهش درگ با استفاده از پلیمر کربوکسی متیل سولز، کمتر از کاهش درگ با استفاده از پلیمر پلی‌آکریل‌آمید است. بنابراین پلی‌آکریل‌آمید عملکرد بهتری در کاهش درگ در سه خط لوله گالوانیزه، پنج‌لایه و مسی را نشان داد. نتایج نشان داد که در لوله گالوانیزه، پلی‌آکریل‌آمید حدود ۱۷٪، در لوله پنج‌لایه حدود ۱۶٪ و در لوله مسی حدود ۱۹٪ مؤثرتر از کربوکسی‌متیل‌سلولز در کاهش درگ بوده است.
کلیدواژه‌ها
پلی اکریل آمد
کربوکسی متیل سلولز
اکسید منیزیم
کاهش درگ
موضوعات
[1] Virk P.S., Drag Reduction Fundamentals, AIChE Journal, 21: 625-656 (1975).
[2] Sun J., Meng F., Wang Z., Zeng X., Wen Y., Wang S., Lu Y., Sun N., Li W., Drag Reduction Performance in Transportation of Thermally Produced Heavy Oil by Self-Generating Foam Injection, International Journal of Multiphase Flow, 193: 105389  (2025).
[3] Lv Q., Wang C., Xu X., Lv X., Xia W., Shang J., Qin A., Ma Q., Liu Y., Zhou S., Duan J., Study on Deposition Characteristics and Mechanism of Waxy Oil under the Effect of Drag Reducer, The Canadian Journal of Chemical Engineering, (2025).
[4] محمدرضا حسامی.، نادیا اسفندیاری.، بررسی آزمایشگاهی کاهش نیروی درگ در یک خط لوله‌ی افقی زبر با استفاده از نانو سیال به روش پاسخ سطحی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 40(2): 239 تا 246 (1400)
[5] Mousavi M., Darvishi P., Pouranfard A., Comparative Study of Heat Transfer and Pressure Drop in Turbulent Flow of a Singular and Hybrid Nanofluids into a Horizontal Pipe, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 148: 14375-14384 (2023).
[6] Alsaedi S.S., Shnain Z.Y., Rashed M.K., Filip P., Triple Solutions of Nanoparticle plus Polymer-Surfactant compound for Enhancing the Drag Reduction Using a Rotational Disk Apparatus, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 881: 012079 (2020).
[7] Edomwonyi-Otu L.C., Dosumu A.I., Yusuf N., Effect of Oil on the Performance of Biopolymers as Drag Reducers in Fresh Water Flow, Heliyon, 7: e06535 (2021).
[8] Asidin M.A., Suali E., Jusnukin T., Lahin F.A., Review on the Applications and Developments of Drag Reducing Polymer in Turbulent Pipe Flow, Chinese Journal of Chemical Engineering, 27: 1921-1932 (2019).
[9] Abdulrahman A.A., Kadhim B.J., Shnain Z.Y., Majidi H.S., Alwaiti A.A., Al-Sheikh F., AbdulRazak A.A., Shorbaz M., Shibeeb M.J., Experimental and Numerical Analysis of Oil-Water Flow with Drag Reducing Polymers in Horizontal Pipes, Fluid Dynamics and Materials Processing, 19: 2579-2595 (2023).
[10] Esfandiari N., Zareinezhad R., A Review of the Application of Polymers to Drag Reduction in Horizontal Pipelines, Basparesh, 10  3-12 (2020).
[11] Pouranfard A.R., Mowla D., Esmaeilzadeh F., An Experimental Study of Drag Reduction by Nanofluids through Horizontal Pipe Turbulent Flow of a Newtonian Liquid, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20: 633-637 (2014).
[12] Esfandiari N., Zareinezhad R., Habibi Z., The Investigation and Optimization of Drag Reduction in Turbulent Flow of Newtonian Fluid Passing through Horizontal Pipelines using Functionalized Magnetic Nanophotocatalysts and Lecithin, Chinese Journal of Chemical Engineering, 28: 63-75 (2020).
[13] Luo M.-L., Si X.-D., Li M.-Z., Jia X.-H., Yang Y.-L., Zhan Y.-P., Experimental Study on the Drag Reduction Performance of Clear Fracturing Fluid Using Wormlike Surfactant Micelles and Magnetic Nanoparticles under a Magnetic Field, Nanomaterials, 11(4): 885 (2021).
[14] Pouranfard A.R., Mowla D., Esmaeilzadeh F., An Experimental Study of Drag Reduction by Nanofluids in Slug Two-phase Flow of Air and Water through Horizontal Pipes, Chinese Journal of Chemical Engineering, 23: 471-475 (2015).
[15] Adogbeji V.O., Sharifpur M., Meyer J.P., Experimental Investigation into Heat Transfer and Flow Characteristics of Magnetic Hybrid Nanofluid (Fe3O4/TiO2) in Turbulent Region, Applied Thermal Engineering, 258: 124630 (2025).
[16] Li X., Pan J., Shi J., Chai Y., Hu S., Han Q., Zhang Y., Li X., Jing D., Nanoparticle-Induced Drag Reduction for Polyacrylamide in Turbulent Flow with High Reynolds Numbers, Chinese Journal of Chemical Engineering, 56: 290-298 (2023).
[17] Orang M., Pouranfard A., Experimental, Comparative and Statistical Study of Heat Transfer and Drag Reduction of Water/Polyisobutylene/Nano SiO2 Poly-Nanofluid through a Horizontal Pipe, Chemical Engineering Research and Design, 183: 466-477 (2022).
[18] Niazi M., Ashrafizadeh S.N., Hashemabadi S.H., Improving the Prediction of Turbulent Kinetic Energy for Drag Reduction in Turbulent Viscoelastic Pipe Flow, Physics of Fluids, 36: 063101 (2024).
[19] Dastbaz Z., Ashrafizadeh S.N., Intensifying the Performance of Polymer Suspensions to Evaluate Drag Reduction using Rotating Disc Apparatus, Arabian Journal of Chemistry, 17: 105858 (2024).
[20] Niazi M., Ashrafizadeh S.N., Hashemabadi S.H., Karami H., Novel k-ω Turbulent Model for Prediction of Drag Reduction in Viscoelastic Fluid Flow, Industrial & Engineering Chemistry Research, 63: 22177-22191 (2024).
[21] Niazi M., Ashrafizadeh S.N., Hashemabadi S.H., Karami H., CFD Simulation of Drag-Reducing Fluids in a Non-Newtonian Turbulent Pipe Flow, Chemical Engineering Science, 285: 119612 (2024).
[22] Dastbaz Z., Dana S.N., Ashrafizadeh S.N., Preparation of a Stabilized Aqueous Polystyrene Suspension via Phase Inversion, RSC Advances, 11: 17547-17557 (2021).
[23] Dastbaz Z., Ashrafizadeh S.N., Preparation, Stabilization, and Characterization of Polyisobutylene Aqueous Suspension, Colloid and Polymer Science, 298: 1335-1347  (2020).
[24] Eshrati M., Al-Wahaibi T., Al-Hashmi A.R., Al-Wahaibi Y., Al-Ajmi A., Abubakar A., Significance of Polymer Elasticity on Drag Reduction Performance in Dispersed Oil-in-Water Pipe Flow, Chemical Engineering Research and Design, 182: 571-579 (2022).
[25] Mohammadtabar M., Sanders R.S., Ghaemi S., Viscoelastic Properties of Flexible and Rigid Polymers for Turbulent Drag Reduction, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 283: 104347 (2020).
[26] Warwaruk L., Ghaemi S., A Direct Comparison of Turbulence in Drag-Reduced Flows of Polymers and Surfactants, Journal of Fluid Mechanics, 917: A7 (2021).
[27] Xing L., Ke Y., Hu X., Liang P., Preparation and Solution Properties of Polyacrylamide-Based Silica Nanocomposites for Drag Reduction Application, New Journal of Chemistry, 44: 9802-9812 (2020).
[28] Serafini F., Battista F., Gualtieri P., Casciola C.M., Drag Reduction in Polymer-Laden Turbulent Pipe Flow, Fluids, 7(11): 355 (2022).
[29] Shi P., Hu H., Wen J., Sun H., Xie L., Experimental Investigation on Drag Reduction in Turbulent Pipe Flow with Polymer Injection, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 341: 105434 (2025).
[30] Zhang X., Duan X., Muzychka Y.S., Drag Reduction by Polymers: A Brief Review of the History, Research Progress, and Prospects, International Journal of Fluid Mechanics Research, 48: 1-21 (2021).
[31] Liu D., Wang Q., Wei J., Experimental Study on Drag Reduction Performance of Mixed Polymer and Surfactant Solutions, Chemical Engineering Research and Design, 132: 460-469 (2018).
[32] Tian M., Fang B., Jin L., Lu Y., Qiu X., Jin H., Li K., Rheological and Drag Reduction Properties of Hydroxypropyl Xanthan Gum Solutions, Chinese Journal of Chemical Engineering, 23: 1440-1446 (2015).
[33] Paryani S., Ramazani S.A A., Investigation of the Combination of TiO2 Nanoparticles and Drag Reducer Polymer Effects on the Heat Transfer and Drag Characteristics of Nanofluids, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 96: 1430-1440 (2018).
[34] Alhamd S.J., Manteghian M., Dehaghani A.H.S., Rashid F.L., An Experimental Investigation and Flow-System Simulation about the Influencing of Silica–Magnesium Oxide Nano-Mixture on Enhancing the Rheological Properties of Iraqi Crude Oil, Scientific Reports, 14: 6148 (2024).
[35] Ghavamifar S., Pouranfard A., Shamsi M., Experimental and Numerical Study of Drag Reduction and Heat Transfer Enhancement in a Vertical Pipe using Water/Polyisobutylene/Nano-SiO2 Polynanofluids, Journal of Dispersion Science and Technology, 45: 584-595 (2024).
[36] Zheng Z., Gu X., Yang S., Wang Y., Zhang Y., Han Q., Cao P., Underwater Drag Reduction Applications and Fabrication of Bio-Inspired Surfaces: A Review, Biomimetics, 10(7): 470 (2025).