۵-۱-۲- تجهیزات به کار رفته در آزمایش
برای به دست آوردن داده ­های آزمایشگاهی لازم برای شبیه سازی، که شامل اندازه گیری­های کشش سطحی تعادلی و دینامیک می­باشند، دستگاه IFT 700 مورد استفاده قرار گرفت. این دستگاه بر اساس آنالیز شکل قطره­ای که به طور متقارن و معلق قرار گرفته است، کار می­ کند. شکل ۵-۱ تصویر شماتیک این دستگاه را نشان می­دهد.

شکل ۵-۱ شماتیک تجهیزات استفاده شده برای اندازه گیری کشش سطحی (۱- محفظه­ی شیشه ای پر فشار، ۲- دستگاه تولید کننده­ فشار، ۳- مانومتر، ۴- مخزن گاز، ۵- مخزن مایع).
قسمت اصلی این دستگاه عبارت است از یک محفظه­ی شیشه ­ای که قابلیت اندازه گیری کشش سطحی در دما و فشار بالا را دارد. سیالات مورد استفاده به صورت قطره و توده، توسط دو مخزن جداگانه تامین می­گردند. دمای محفظه­ی پر­فشار و مخزن­ها توسط یک سنسور الکتریکی دمایی(PT100) کنترل می­شوند و یک پوشش حرارتی برای حداقل کردن اتلاف دمایی مورد استفاده قرار می­گیرد. حداکثر فشارو دمای عملیاتی مخزن پر فشار به ترتیب K440 وMPa 70 می­باشد. بیشترین عدم دقت برای اندازه گیری درجه حرارت K1/0است. فشار سیستم توسط یک مبدل فشاری اندازه گیری می­ شود که قابلیت اندازه گیری فشار تاMPa 947/68 را دارد.
قطر داخلی و خارجی که برای تشکیل قطره­ی مایع معلق به کار می­رود به ترتیب ۲/۰ و ۵/۱ میلیمتر می­باشد. دوربین استفاده شده برای گرفتن تصاویر پی در پی از قطره معلق دارای خصوصیت ۴/۱ مگا پیکسل و دارای لنز ماکرو می­باشد. کشش سطحی سیستم با گرفتن تصاویر با بهره گرفتن از دوربین و آنالیز آن توسط نرم افزار دستگاه محاسبه می­گردد.
۵-۱-۳- شرح آزمایش
روش اندازه گیری کشش سطحی به طور مفصل در مطالعات گذشته توضیح داده شده است ]۴۱[. قبل از شروع آزمایش، کل سیستم ( شامل سیستم تزریق، لوله­های اتصال، مخزن مایع (DT)، مخزن سیال توده (BT) و محفظه­ی پرفشار) با تولوئن و استون و سپس با آب مقطر تمیز می­ شود و در نهایت کل اجزا با گاز نیتروژن خشک می­گردد. سپس مخزن­های سیال با گاز یا مایع مورد نظر پر می­شوند. درجه حرارت مخزن روی مقدار مورد نظر تنظیم می­ شود. سپس شیر مخزن BT باز شده و سیالی که نقش سیال توده را دارد به محفظه­ی پر فشار وارد خواهد شد. هنگامی که فشار سیستم به حد مورد نظر رسید، یک قطره مایع از طریق سوزن قرار گرفته در بالای محفظه وارد سیستم می­گردد. ­هنگامی که یک قطره به صورت متقارن در قسمت سر سوزن تشکیل شد، توسط دوربین نصب شده تصاویر پی در پی از قطره مایع گرفته شده و توسط نرم افزار مربوطه تحت آنالیز قرار می­گیرد تا کشش سطحی دینامیک و تعادلی سیستم تعیین گردد. آزمایش برای حد اقل سه قطره­ی متفاوت تکرار شده تا نتایج قابل قبولی در هر دما و فشار به دست آید. بر اساس نتایج به دست آمده در تحقیقات گذشته، میزان کشش سطحی دینامیک پس از گذشت چند دقیقه به مقدار نهایی و به عبارتی کشش سطحی تعادلی خواهد رسید. در این تحقیقات، میزان کشش سطحی دینامیک و تعادلی در بازه­ی گسترده­ای از دما و فشار مورد اندازه ­گیری قرار گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده، مقدار کشش سطحی تعادلی در تمامی سیستم­های مطالعه شده با افزایش فشار کاهش می­یابد، اما افزایش دما گاهی سبب بالا رفتن کشش سطحی و در برخی موارد نیز موجب کاهش این پارامتر می­گردد ]۴۰و۳۹[.
۵-۲- قسمت مدلسازی
۵-۲-۱- مدل انتقال جرمی
شکل ۵-۱ تصویر یک قطره­ی معلق را نشان می­دهد که توسط گاز CO₂ در فشار بالا محاط شده است.
شکل ۵-۱ شماتیک یک قطره مایع معلق در حضور گاز پر فشار دی کسید کربن.
شعاع داخلی و ارتفاع سوزن روی شکل نشان داده شده است که به ترتیب با r_n و h_n نامگذاری می­شوند. در این شکل ω بیانگر دامنه­ فیزیکی­ای است که به وسیله­ مایع اشغال شده است. هم چنین در شکل بالا φ_n نماد مرزهای ایجاد شده بین مایع و سطوح غیر قابل نفوذ از قبیل دیواره­ی سوزن و φint نشان دهنده مرز گاز- مایع می­باشد.
در این مطالعه دو مدل انتفال جرمی مختلف روی سیتم گاز- مایع مورد مطالعه قرار می­گیرد. فرضیات به کار گرفته شده در این مدل­ها عبارتند از:
برای حل معادلات انتقال جرمی درون قطره­ی معلق مدل استوانه­ای در نظر گرفته می­ شود؛ در این صورت مساله به صورت یک مدل دو بعدی ناپایدار در خواهد آمد.
از وجود ناخالصی در سیستم­های گاز- مایع صرف نظر شده، بنابراین کلیه­ مخلوط ها به صورت دوتایی در نظر گرفته می­شوند.
در طول فرایند نفوذ هیچگونه واکنش شیمیایی اتفاق نمی­افتد.
فشار و دما در طول آزمایش ثابت باقی می­مانند.
فاز مایع به صورت غیر فرار در نظر گرفته می­ شود؛ به عبارتی دیگر از اثر تورم فاز مایع به خاطر حل شدن گاز چشم پوشی می­ شود.
در مدل انتقال جرمی ابتدا فرض می­ شود هیچ مقاومتی برای نفوذ گاز در مرز گاز-مایع وجود ندارد، از این رو یک شرط مرزی تعادلی در مرز گاز- مایع توصیف کننده­ مدل خواهد بود. با این شرایط معادله­ انتقال جرمی حاکم به صورت معادله­ ۵-۱ خواهد بود.

در معادله­ بالا، c غلظت گاز در فاز مایع و D ضریب نفوذ سیستم است. در شروع فرایند نفوذ، غلظت گاز در فاز مایع صفر است؛ بنابراین شرط اولیه­ سیستم عبارت است از:

از آنجایی که مولکول­های گاز نمی ­توانند در دیواره­ی سوزن نفوذ کنند، شار جرمی در این ناحیه معادل صفر خواهد بود.

در معادله­ (۵-۳)، r و z مولفه­های بردار نرمال عمود بر مرز و nr و nz کسینوس­های جهتی می­باشند. همانطور که قبلا هم عنوان شد، در صورت عدم وجود مقاومت در مرز، شرط مرزی به صورت یک شرط مرزی تعادلی از نوع اول ^[۲۶]خواهد بود؛ این شرط مرزی به صورت زیر نوشته می­ شود: