عنوان
مطالعه عددي و تجربي محيط متخلخل فيبري به منظور استخراج ضرايب معادل حاكم بر پديده‌هاي انتقال با استفاده از روش شبيه‌سازي در مقياس حفره‌ها
نويسنده اصلي
محمد مهدي نمازي
مقطع تحصيلي
دكتري
چكيده
روند روبه‌جلو طي چند دهه اخير در زمينه مدل‌سازي پديده‌هاي انتقال (انتقال جرم، مُمنتوم و انرژي) در محيط‌هاي متخلخل مديون پيشرفت در سه حوزه مي‌باشد: توسعه روش‌هاي عددي، پيشرفت تجهيزات محاسباتي و تكنيك‌هاي تصويربرداري. توجه به اين نكته ضروري است كه جزئيات موجود در هندسه محيط متخلخل در مقياس حفره‌ها، تأثير قابل‌توجهي بر پديده‌هاي انتقال خواهد داشت. بنابراين هنگام شبيه‌سازي، واردكردن جزئيات هندسي يا تأثير آن‌ها ضروري مي‌نمايد. از اين موضوع در ادبيات فن اغلب تحت عنوان "شبيه‌سازي انتقال در مقياس حفره‌ها" ياد مي‌شود. با اين‌حال، عموماً شبيه‌سازي تمام مسئله در اين مقياس، امكان‌پذير نيست. از طرفي در مدل‌هاي "ماكروسكوپيك"، امكان ارائه جزئيات هندسي وجود ندارد و تنها در صورتي توانايي نشان دادن اثر جزئيات مقياس كوچك را دارند كه مقادير مناسب براي پارامترهاي انتقال، در آن‌ها استفاده شود. انتخاب اين مقادير مناسب براي ضرايب پارامترها آسان نيست و تنها با داشتن اطلاعات ازآنچه در مقياس حفره‌ها رخ مي‌دهد، امكان‌پذير خواهد بود. در پژوهش حاضر پديده‌هاي انتقال در احتراق بدون شعله گاز متان داخل محيط متخلخل فيبري و درعين‌حال فعال كاتاليستي به‌منظور استخراج ضرايب معادل در مقياس حفره‌ها شبيه‌سازي گرديده و ضرايب موردنظر براي شبيه‌سازي اين سيستم‌ها در مقياس ماكرو با استفاده از تكنيك شبيه‌سازي محاسبه شده است. براي اين منظور پارامترهاي هندسي محيط متخلخل فيبري با استفاده از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني، تعيين گرديد و الگوريتم مناسب جهت بازسازي مجازي هندسه در ابعادي به نمايندگي كل محيط توسعه داده شد. سپس ضرايب معادل نفوذپذيري، انتقال حرارت هدايتي، انتقال حرارت تابشي و نفوذ جرم گونه‌هاي شيميايي محاسبه گرديد. با توجه به اهميت تأثير جزئيات هندسي بر پديده‌هاي انتقال، اثر كسر حجمي جامد، جهت‌گيري و قطر فيبرها بررسي و مشخص شد كه كسر حجمي جامد بيش‌ترين تأثير را بر ضرايب مذكور دارد. با استفاده از نتايج بدست آمده براي يك فيزيك مشخص، شبيه‌سازي در مقياس ماكرو انجام شد. توزيع دماي بدست آمده تطابق خوبي با نتايج اندازه‌گيري شده در پژوهش حاضر داشت و نتيجه شبيه‌سازي خطاي 6/4% را در محاسبه نرخ واكنش كاتاليستي متان به‌همراه داشت. با استفاده از اين روند، ضرايب مورد نياز در شبيه‌سازي ماكرو، بدون استفاده از ضرايب تجربي يا اندازه‌گيري مستقيمِ مربوط به شرايط خاص، بدست آمد. از روند ارائه شده در اين پژوهش مي‌توان به عنوان ابزاري با دقت مناسب و نسبتاً سريع در بهينه‌سازي عملكرد سيستم‌هاي احتراق كاتاليستي در محيط متخلخل فيبري استفاده نمود.
شماره ركورد
193310
دانشگاه
دانشگاه علم و صنعت ايران
رشته تحصيلي
تبديل انرژي
استاد راهنما
دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور