عنوان
شبيه سازي جريان و انتقال حرارت در محيط متخلخل با رويكرد مقياس حفره
نويسنده اصلي
حميد مقيمي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
مطالعه پديده هاي انتقال جريان و حرارت در محيط هاي متخلخل كاربردهاي فراواني در حوزه هاي مهندسي
همچون صنعت نفت و گاز، ذخيره گرهاي انرژي، كلكتورهاي خورشيدي، مبادله گرهاي حرارتي و غيره دارد.
در اين مطالعه يك مدل عددي توانمند براي تحليل و پيش بيني اين پديده ها در ساختارهاي متخلخل با
رويكرد مقياس حفره توسعه داده شده است. براي اين منظور دو حلگر عددي حجم محدود براي حل معادلات
جريان و انتقال حرارت در نرم افزار منبع باز OpenFoam توسعه داده شده است. در مرحله اول پديده
هيدروديناميك در محيط متخلخل در مقياس حفره مطالعه و بررسي گردد و در ادامه انتقال حرارت جابجايي
و رسانش در سيال و همچنين بخش جامد مورد محاسبه قرار گيرد. اين موضوع كه كه چالشي مهم و اساسي
در اين حوزه به شمار مي رود يكي از نوآوري ها و اهداف اصلي اين پروژه مي باشد. ساختارهاي متخلخل
استفاده شده در اين مطالعه شامل 13 نمونه فوم فلزي سلول باز با تخلخل بالا مي باشد كه داراي خصوصيات
1815 هستند و ،181 ، هندسي متفاوت هستند. اين فوم هاي فلزي داراي سه ضريب تخلخل متفاوت 1885
همچنين داراي چگالي حفره هاي ) PPI 11،31،21،41 مي باشند. درواقع در اين مطالعه تلاش شده است تا )
براي تعدادي از فوم هاي فلزي با ساختارهاي متفاوت مطالعات جريان و انتقال حرارت در مقياس حفره بررسي
شود تا به خوبي تاثير ساختار هندسي بر اين دو پديده مهم مشخص گردد. در بخش اول اين تحقيق مطالعات
جريان در دو رژيم جريان دارسي و غير دارسي در طيف وسيعي از اعداد رينولدز براي 13 نمونه فوم فلزي
انجام شده است تا اثر ويژگي هاي ساختاري محيط متخلخل بر پارامترهاي جرياني در دو رژيم جريان دارسي
و غير دارسي مورد بررسي قرار بگيرد. انواع تحليل هاي فيزيكي و آماري براي نتايج حاصل در مقياس حفره
ارائه شده است تا فهم كاملي از انتقال جريان در فوم هاي فلزي تحت اثر پارامترهاي هندسي حاصل گردد. در
بخش دوم اين مطالعه نيز انتقال حرارت جابجايي-رسانشي در بخش جامد و سيال براي سه نمونه از فوم هاي
فلزي با ضريب تخلخل 1885 و چگالي حفره 31 و 21 و 41 در رژيم جريان دارسي در مقياس حفره با استفاده
از يك حلگر عددي قدرتمند بررسي شده است. در اين بخش اثرات پارامترهاي هندسي در بهبود انتقال حرارت
در سيستم مورد بررسي قرار مي گيرد. در بسياري از مطالعات اخير، مقادير تراوايي و انتقال حرارت فوم هاي
فلزي نيز براساس تئوري هاي توسعه يافته درخصوص ساختارهاي متخلخل متشكل از دانه هاي كروي، محاسبه
مي گردد اما اين موضوع منجر به ايجاد خطاهاي بزرگي در محاسبات مي شود. مهمترين دستاورد اين تحقيق
ارائه برآوردي نسبتا دقيق از مقادير تراوايي و ضريب انتقال حرارت در فوم هاي فلزي سلول باز مي باشد كه
مي تواند در مطالعات پيش رو مورد استفاده قرار گيرد.
شماره ركورد
195986
دانشگاه
دانشگاه علم و صنعت ايران
استاد مشاور
دكتر محدثه موسوي نژاد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك تبديل انررژي
استاد راهنما
دكتر مجيد سياوشي