نرم‌افزار کامسول مولتی‌ فیزیکس (به انگلیسی: COMSOL Multiphysics ) یک مجموعه کامل شبیه‌سازی است که می‌تواند معادلات دیفرانسیل سیستم‌های غیر خطی را توسط مشتق‌های جزئی به روش اجزاء محدود ( FEM ) در فضاهای یک، دو و سه بعدی حل نماید. نرم‌افزار کامسول ( COMSOL ) می‌تواند در حضور چالش‌هایی نظیر میدان‌های الکترومغناطیسی، کشش، دینامیک سیالات و دینامیک گاز به خوبی راهگشا باشد. همچنین، فرصتی برای حل مشکل به عنوان یک فرمول ریاضی (در فرم معادلات) و فیزیکی (انتخاب مدل فیزیکی، به عنوان مثال مدل فرایند انتشار) را به کاربر می‌دهد. بدیهی است در هر مورد سیستم معادلات حل خواهد شد، تفاوت فقط در امکان استفاده از سیستم‌های فیزیکی و جسمی و واحدها نهفته است. به اصطلاح حالت فیزیکی، می‌توان از معادلات پیش تعریف شده برای اکثر پدیده‌های انجام گرفته در علوم و فناوری استفاده کرد، مانند انواع روش‌های انتقال حرارت و برق، تئوری الاستیسیته، نفوذ مولکولی و انتقال جرم و انتشار، انتشار موج و جریان سیال.

وقتی نفت خام از مخازن با دما و فشار بالا وارد ستون انتقال نفت می شود، در اثر افت فشار آسفالتین رسوب‌ کرده و در نهایت در سطح داخلی لوله ته نشین می شود. ازآنجا که ته نشینی آسفالتین مشکلات فراوانی در صنعت نفت از جمله کاهش نرخ تولید و افزایش هزینه‌ی تولید را به همراه دارد، نیاز است تا فرآیند ته‌نشینی آسفالتین مورد بررسی قرار گیرد. در این پروژه، فرآیند ته‌نشینی آسفالتین در ستون انتقال نفت ابتدا با استفاده از روش اولرین مدل سازی ریاضی شد. در این روش ذرات آسفالتین با اندازه nm1 تا µm100 در نظر گرفته‌ شدند. تأثیر سرعت نفت خام و زبری سطح بر فرآیند ته نشینی آسفالتین بررسی شد که نتایج نشان داد افزایش زبری سطح سرعت ته‌نشینی را در اندازه‌های کوچک ذرات آسفالتین افزایش می‌دهد. در ادامه جریان نفت خام همراه با ته‌نشینی آسفالتین با استفاده از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) در قالب سیستم سه بعدی بر مبنای روش المان محدود (با استفاده از نرم افزار کامسول ) شبیه‌سازی شد. با توجه به اینکه جریان نفت خام در داخل ستون انتقال نفت آشفته می‌باشد، در این شبیه‌سازی از k-ɛ جهت شبیه سازی جریان آشفته بصورت پایا و دوفازی استفاده گردید. نتایج نشان دادند که این مدل قادر به پیش‌بینی رفتار ذرات با اندازه کوچک (کمتر از µm50) نیستند ولی با دقت خوبی رفتار ذرات بزرگ را پیش بینی می‌کنند. این مساله به ضعف مدل مذکور در شبیه‌سازی جریان نزدیک دیواره مربوط می شود.

آنچه در این شبیه سازی خواهید آموخت:

1- نحوه بکارگیری معادلات ناویر - استوکس به روش المان محدود

2- نحوه مش‌بندی هندسه سه بعدی

3- نحوه ردیابی ذرات در داخل جریان نفت

4- مکانیزم‌های ته‌نشینی

5- نحوه اعمال شرط مرزی در جریانهای نفت خام به همراه ذرات در داخل لوله

6- نحوه اعمال شرط مرزی دیواره