Fullständig blandning är en kritisk operativ och regulatorisk utmaning vid storskalig vätskelagring, särskilt vid blandning av blandbara vätskor med distinkta fysikaliska egenskaper. Denna avhandling undersöker fluiddynamiken mellan tröghetsdriven jetrörelse och flytkraftinducerad stratifiering i en delvis fylld industriell lagringstank. Vid drift under turbulent flöde är det ofta fallet att traditionella semi-empiriska blandningstidsmodeller misslyckas med att fånga de övergående sedimenteringsfaserna och den lokaliserade effekten av flytkrafter när aktiv pumpning upphör.

Systematisk undersökning av dessa blandningsdynamiker gjordes inom COMSOL Multiphysics med hjälp av en 2D planär beräkningsdomän för att modellera de inkompressibla Navier-Stokes-ekvationerna kopplade till skalär transport. För att balansera beräkningsekonomi med fysisk noggrannhet implementerades en modifierad laminär lösare som använder effektiva dimensionslösa grupper, inklusive ett effektivt Reynoldstal och ett effektivt Peclettal, för att avbilda förbättrad turbulent momentum och massdiffusion. Slutligen löstes densitetsgradienten mellan de injicerade och ursprungliga bränslena med hjälp av Boussinesq-approximationen. En omfattande nätoberoendestudie fastställde att en "Extra Fine" rutnätskonfiguration, med 30000 rutnätselement, framgångsrikt undertryckte icke-fysiska advektiva skjuvlager samtidigt som beräkningseffektiviteten optimerades.Parametriska svep användes för att systematiskt studera inverkan av de effektiva Reynolds- och Richardson-talen och för att isolera de konkurrerande effekterna av jetstrålens tröghet och flytkraft. Baslinjesimuleringen, som representerar nominella driftsförhållanden vid VAROPreems anläggningen, visade att den horisontella jetstrålen initierar massiva motroterande virvlar och aktiv blandning. Den globala kinetiska energin som injiceras av jetstrålen försvinner under en 4-dagars sedimenteringsperiod. I avsaknad av konvektivt momentum återupprättar gravitationskrafterna dominansen, vilket får det täta bränslet att separera och leder till horisontell skiktning, där densiteten i det övre skiktet sjunker till 792 kg/m3, densiteten för den lätta dieseln.

För att förbättra blandningen i tanken utvärderades olika geometriska munstycksmodifieringar. Beräkningsresultaten identifierar slutgiltigt en munstyckskonfiguration med dubbla vinklar som den optimala designen. Genom att dela det volymetriska flödet och luta injektionsstrålarna uppåt omorienteras den advektiva skjuvningen för att verka direkt mot den vertikala densitetsgradienten. Detta arrangemang stör fullständigt lokal ansamling och bevarar på ett hållbart sätt en vertikalt enhetlig koncentrationsprofil under hela den förlängda sedimentationsperioden, vilket erbjuder en noggrant validerad strukturell uppgraderingsstrategi för industriell bränsleblandning.

In large-scale liquid storage operations, achieving complete spatial uniformity is a critical operational and regulatory challenge, particularly when blending miscible fluids with distinct physical properties. This thesis investigates the fluid dynamics between inertia-driven jet motion and buoyancy-induced stratification within a partially filled industrial storage tank. When operating under a turbulent flow regime, it is often the case that traditional semi-empirical blend-time models fail to capture the transient settling phases and the localized impact of buoyancy forces once active pumping stops.

To systematically explore these mixing dynamics, a 2D planar computational domain was established within COMSOL Multiphysics to model the incompressible Navier-Stokes equations coupled with species transport. To balance computational economy with physical accuracy, a modified laminar solver utilizing effective dimensionless groups, including effective Reynolds and Peclet numbers, was implemented to depict enhanced turbulent momentum and mass diffusion. Finally, the density gradient between the injected and resident fuels was resolved using the Boussinesq approximation. A comprehensive mesh independence study established that an ”Extra Fine” grid configuration, with 30000 grid elements, successfully suppressed non-physical advective shear layers while optimizing computational efficiency.

Parametric sweeps systematically varied the effective Reynolds and Richardson numbers to isolate the competing effects of jet inertia and buoyancy. The baseline simulation, representing nominal operating conditions at the VAROPreem facility, demonstrated that while the horizontal jet initiates massive counter-rotating vortices and successful active mixing, the global kinetic energy completely dissipates over a 4-day settling period. Lacking convective momentum, gravitational forces reassert dominance, causing the dense fuel to separate and leading to severe horizontal stratification, where the top stratum density plummets to 792 kg/m3, the density of the light diesel.

To improve the mixing in the tank, a series of geometric nozzle modifications was evaluated. The computational results conclusively identify a dual-angle nozzle configuration as the optimal design. Dividing the volumetric flow and inclining the injection jets upward reorients the advective shear to act directly against the vertical density gradient. This arrangement completely disrupts localized pooling and sustainably preserves a vertically uniform concentration profile throughout the prolonged settling period, offering a rigorously validated structural upgrade strategy for industrial fuel blending.