توليد هندسه ي محيط متخلخل فيبري در مقياس كوچك با هدف بررسي اثر پارامترهاي هندسي بر نفوذپذيري و هدايت حرارتي

كارشناسي ارشد

طي چند دهه‌ي اخير گام هاي مهمي در زمينه‌ي مدل‌سازي پديده هاي انتقال در محيط هاي متخلخل برداشته شده است. تغييرات موجود در هندسه ي محيط متخلخل در سطح حفره ها، تاثير قابل توجهي بر پديده هاي انتقال مانند جريان سيال و انتقال حرارت خواهد داشت. بنابراين وارد كردن جزئيات هندسي هنگام شبيه سازي عددي پديده هاي انتقال ضروري مي نمايد كه در ادبيات فن اغلب از آن تحت عناويني چون شبيه سازي انتقال در مقياس ميكرو ياد مي شود. با اين حال، عموما شبيه سازي تمام مسأله در مقياس ميكرو امكان پذير نيست. يك روش براي حل اين محدوديت، شبيه‌سازي بخشي از هندسه در مقياس كوچك و استخراج پارامترهاي مورد استفاده در شبيه‌سازي ماكرو مي باشد. در اين پژوهش به شبيه سازي عددي نفوذپذيري و انتقال هدايت حرارتي محيط متخلخل فيبري مورد استفاده در هيترهاي تشعشعي كاتاليستي در مقياس ميكرو پرداخته شد. هندسه ي محيط متخلخل مورد نظر با استفاده از مشخصات به دست آمده از تصويربرداري ميكروسكوپي، در قالب يك كد بازسازي شد و جريان سيال و انتقال حرارت هدايتي در آن شبيه سازي گرديد. اندازه ي دامنه ي محاسباتي با توجه به مقياس برينكمن و همچنين بررسي استقلال نتايج به دست آمده از اندازه ي سلول محاسباتي به گونه اي تعيين شد كه بتواند نماينده ي مناسبي از كل محيط متخلخل فيبري مورد نظر باشد. جريان سيال در محدوده ي رينولدز كم تر از واحد در نظر گرفته شد تا اثرات اينرسي قابل صرف نظر باشد. پس از بررسي استقلال نتايج از تعداد سلول محاسباتي در دامنه و اعتبارسنجي مدل به دست آمده با نتايج و روابط موجود در ادبيات فن، تأثير پارامترهاي هندسي محيط متخلخل از قبيل ميزان كسر حجمي جامد، نحوه ي جهت‌گيري فيبرها در فضا و همچنين قطر آن ها بر ضرايب نفوذپذيري و انتقال حرارت هدايتي معادل بررسي گرديد. طبق نتايج به دست آمده، با افزايش كسر حجمي جامد محيط متخلخل فيبري، از ميزان نفوذپذيري كاسته شده و ضريب هدايت حرارتي معادل افزايش مي يابد. با افزايش زاويه ي بين راستاي جريان (سيال يا گرما) و فيبرها، از نفوذپذيري كاسته شده و ضريب هدايت حرارتي معادل نيز كاهش مي يابد. با افزايش قطر فيبرها نفوذپذيري محيط افزايش يافت اما تأثير چنداني بر ضريب هدايت حرارتي معادل نداشت چرا كه كسر حجمي جامد ثابت بود. كلمات كليدي : محيط متخلخل فيبري، شبيه سازي در مقياس كوچك، توليد هندسه، نفوذپذيري، هدايت حرارتي

190289

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر سيدمصطفي حسينعلي پور - دكتر غلامرضا شهرياري مقدم