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Analysis of natural convection heat transfer in a rectangular cavity with discrete heat flux: Implications for building thermal management using artificial neural networks
(Taylor and Francis Ltd., 2024) Rachedi, Kamel; Ragueb, Haroun; Behnous, Dounya; Tahiri, Antar; Manser, Belkacem; Ait Chikh, Mohamed Abdessamed
This study numerically investigates free convection within a rectangular air-filled cavity, simulating real-romm conditions. The top, bottom, and one sidewall are at constant temperatures, while the opposite sidewall has a constant discrete heat flux, akin to heater appliances. The impact of heating intensity, length, and position on temperature distribution is explored. Artificial Neural Networks (ANN) are utilized to correlate the average Nusselt number, providing a model for engineering applications in building thermal management. The dataset includes 2436 simulation runs with varying parameter: Rayleigh number (103 to 106), aspect ratio (0.5 to 2), heating surface length (0.1 to 1), and elevation (0.05 to 0.95). Results show increased Rayleigh numbers intensify the stream function and promote uniform temperature distribution. The elevation of the heating surface influences temperature distribution, with placement closer to the floor or ceiling optimizing heat transfer. ANN modeling predicts the average Nusselt number with high precision (±3%).
Chemical characterization of asphaltenes deposits from Hassi Messaoud field
(Elsevier, 2022) Behnous, Dounya; Bouhadda, Youcef; Moffatt, Brian; Zeraibi, Noureddine; Coutinho, João A.P.
The precipitation and deposition of asphaltenes are complex phenomena that reduce the efficiency in oil production operations. In this study, spectroscopic and thermal methods were used for the characterization of asphaltene samples extracted from deposits belonging to different locations in the Hassi Messaoud field. Structural parameters and the chemical structure of the studied asphaltenes were determined using 13C solid nuclear magnetic resonance (NMR), X-ray diffraction and Raman spectroscopy. The thermal behavior of the asphaltenes studied was examined using differential scanning calorimetry. The results obtained suggest that island is the predominent architecture for the asphaltenes studied with an average of 7 to 8 fused rings and aliphatic length chain of about 3–4 carbons. The number of aromatic sheets in a stacked cluster (N) is between 7 and 8 sheets. The aromatic sheet diameter of the four samples ranges from 12.18 to 15.52 Å with an average interlayer distance between aromatic sheets of 3.52 Å and an average interchain layer distance of 4.48 Å
Irreversibilities and heat transfer in magnetohydrodynamic microchannel flow under differential heating
(Elsevier, 2023) Ragueb, Haroun; Tahiri, Antar; Behnous, Dounya; Manser, Belkacem; Rachedi, Kamel; Mansouri, Kacem
This study investigates heat transfer and entropy generation in a microchannel subjected to differential heating, viscous dissipation, and Joule heating within a magnetohydrodynamic (MHD) fluid flow. A finite difference method with a fully implicit scheme is employed to accurately model temperature distribution and entropy generation. A comparison between the average Nusselt numbers (Nu) calculated using the classical method and the Bennett Formula reveals a notable discrepancy, particularly at the entry length (up to 14%). It has been found that when one plate is heated while the other is cooled and the Hartmann number (Ha) is low, the average Nu for both plates converges to 2. However, at high Ha values considering viscous dissipation and Joule heating, there is an 8% deviation between the Nu values of the two plates, with the higher Nu found on the cooling plate. Sensitivity analyses explore the impact of control parameters on entropy generation, emphasizing the significance of η as a key parameter that reflects the system's resistance to entropy generation. Increasing η from 0.1 to 0.5 results in a 32% reduction in entropy generation. In particular, for microchannels, substantial η high values imply reduced entropy generation, highlighting their efficiency in heat transfer.
Modeling asphaltene precipitation in Algerian oilfields with the CPA EoS
(Elsevier B.V., 2020) Behnous, Dounya; Palma, A; Zeraibi, Noureddine; Coutinho, João A.P.
One of the major flow assurance problems afflicting the oil industry is the asphaltene precipitation during the production, transportation and storage of oil. The precipitation of these heavy compounds is responsible for changes in crude oil properties, increases in oil viscosity, and formation of deposits that reduce oil production and disable equipment leading to significant operational costs. In Algeria, the deposition of asphaltene in reservoirs and pipelines is a severe problem. During production the depressurization of reservoir fluid and the variations of thermodynamic conditions create the need to frequently pig the lines and, in some cases, to inject solvents and dispersants to maintain the production. The understanding of the asphaltene behavior and the prediction of its deposition in flow conditions is crucial to implement appropriate strategies for the prevention or remediation, especially in the wellbore region. In this work we used the CPA EoS to describe the asphaltene phase envelope and predict the PT regions of stability for five Algerian live oils. The model provides a very good description of the experimental behavior of live oils without and with gas injection. The sensitivity to SARA analysis data and its effect on the asphaltene phase boundaries were also analyzed
Modélisation thermomécanique et simulation numérique des dépôts dans les conduites
(Universite M'Hamed Bougara : Faculté des hydrocarbures et de la chimie, 2021) Behnous, Dounya; Zeraibi, Noureddine(Directeur de thèse)
Les asphaltènes sont des molécules polyaromatiques complexes présentes naturellement dans le pétrole brut, considérées comme polarisables et constituant la fraction de masse moléculaire la plus élevée du pétrole. Elles contiennent des métaux et des hétéroatomes (Ni, Fe, V) dans leur structure. Dans certaines conditions de pression/ température et de composition, elles peuvent former des nanoclusters, précipiter puis se déposer, conduisant à la formation d'une structure solide. Les asphaltènes sont appelés "le cholestérol du pétrole". Le grand nettoyage des puits et les pertes de production associées à ces dépôts solides se traduisent par des millions de dollars de pertes pour l'industrie. Prédire les conditions dans lesquelles les asphaltènes précipitent grâce à une caractérisation appropriée de l'huile et une modélisation thermodynamique est une étape essentielle dans le développement de stratégies pour anticiper et remédier à ce problème. En outre, les caractéristiques structurelles et compositionnelles des asphaltènes affectent leur dépôt, la caractérisation des asphaltènes est une condition préalable aux décisions futures concernant leurs problèmes. Les caractéristiques des asphaltènes sont le facteur le plus important dans l'estimation de la stabilité du pétrole brut. Cette thèse présente dans la première partie une analyse de la composition chimique et de la structure d'échantillons d'asphaltènes provenant de différents endroits appartenant au champ pétrolier géant de Hassi Messaoud en utilisant des techniques de spectroscopie à savoir : FTIR, RMN, DRX, RAMAN et DSC. La taille moléculaire et l'architecture des anneaux aromatiques polycycliques des quatre échantillons d'asphaltènes ont été étudiées. La chaîne aliphatique latérale, la distance inter-chaîne et inter-feuillets ont été discutées sur la base des résultats des techniques de caractérisation. L'aromatcité selon la RMN 13C-solide a été estimée aux alentours de 0,55 et 0,66. Dans le noyau aromatique, il y a 7 à 8 cycles aromatiques qui sont composés d'environ 56 à 59 % d'atomes de carbone en tête de pont (Cb = 17 ~ 20), et entre 13 à 14 atomes de carbone sans pont (Cand) avec l'existence des structures en baie et en fjord autour du noyau PAH. Une structure hypothétique moyenne représentative du noyau aromatique a été proposée Dans une deuxième partie, l'étude de la floculation et de la précipitation de l'asphaltène à l'aide d'une nouvelle technique de mesure avancée basée sur un résonateur à cristal de quartz (RCQ), dans des conditions atmosphériques et HPHT a été effectuée. L'apparition d'asphaltènes pendant le titrage par l'heptane a été étudié dans une huile modèle et dans des pétroles bruts. Les prédictions d'apparition d'asphaltènes et de pressions de bulles ont été calculées lorsque l'effet d'injection de méthane est pris en compte dans des conditions HPHT. Il a été montré que le pétrole étudié a une très forte propension à la précipitation d'asphaltènes. L'ajout de méthane déstabilise fortement l'asphaltène avec la plus grande quantité d'asphaltène adsorbée pour toute la gamme de fraction molaire de méthane. Les résultats de simulation et de détermination du comportement de phase de l'enveloppe de précipitation des asphaltènes des pétroles bruts algériens ont été simulés à l'aide de modèles d'association basés sur l'association plus cubique (CPA) et la théorie statistique des fluides d'association (SAFT). L'étude de plusieurs huiles de réservoir a montré que l'approche de modélisation réalisée peut être utilisée pour modéliser le comportement de la phase asphaltène et prédire l'injection de gaz et l'effet de dépressurisation du réservoir après avoir calculé les paramètres du modèle à partir des données expérimentales requises. Le nombre de paramètres d'ajustement utilisés ici pour corréler les points d'apparition révèle la complexité et la haute polarité des composants du système
Reliability assessment of carbon/epoxy micro-fiber subject to compressive stress
(Emerald Publishing, 2024) Chebbab, Brahim; Ragueb, Haroun; Ifrah, Walid; Behnous, Dounya
Purpose: This study addresses the reliability of a composite fiber (carbon fibers/epoxy matrix) at microscopic level, with a specific focus on its behavior under compressive stresses. The primary goal is to investigate the factors that influence the reliability of the composite, specifically considering the effects of initial fiber deformation and fiber volume fraction. Design/methodology/approach: The analysis involves a multi-step approach. Initially, micromechanics theory is employed to derive limit state equations that define the stress levels at which the fiber remains within an acceptable range of deformation. To assess the composite's structural reliability, a dedicated code is developed using the Monte Carlo method, incorporating random variables. Findings: Results highlight the significance of initial fiber deformation and volume fraction on the composite's reliability. They indicate that the level of initial deformation of the fibers plays a crucial role in determining the composite reliability. A fiber with 0.5% initial deformation exhibits the ability to endure up to 28% additional stress compared to a fiber with 1% initial deformation. Conversely, a higher fiber volume fraction contributes positively to the composite's reliability. A composite with 60% fiber content and 0.5% initial deformation can support up to 40% additional stress compared to a composite containing 40% fibers with the same deformation. Originality/value: The study's originality lies in its comprehensive exploration of the factors affecting the reliability of carbon fiber-epoxy matrix composites under compressive stresses. The integration of micromechanics theory and the Monte Carlo method for structural reliability analysis contributes to a thorough understanding of the composite's behavior. The findings shed light on the critical roles played by initial fiber deformation and fiber volume fraction in determining the overall reliability of the composite. Additionally, the study underscores the importance of careful fiber placement during the manufacturing process and emphasizes the role of volume fraction in ensuring the final product's reliability.