Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Meratian isfahani,Masoud Panepour,Mohsen DavazdahEmami
محمود مراتیان اصفهانی (استاد راهنما) مسعود پنجه پور (استاد راهنما) محسن دوازده امامی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohammad Zafari Rogari
محمد ظفری روگری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Numerical Simulation of Heat Transfer and Fluid Flow in Metal Porous Media
Nowadays, one of the biggest challenges in foams industries is designing based on the performance features. Therefore, simulation or exact solution of traort equations is the first step in designing the foams, which has numerous difficulties due to structure complexity of the foams. Hence, most of the numerical studies were performed on the ideal or unrealistic structure of the foams such as Kelvin model. Using these simple methods is due to the difficulties in creating the real structure of the foams and meshing of them. Therefore in this study, simulation of hydrodynamic and thermal behavior of fluid on metallic foams with real structure was surveyed using hexahedral computational grid. For this purpose, continuity, heat and momentum transfer equations for a fluid inside the porous media of the foam (with 85, 90, 95 and 98 porosity percent) were solved by finite volume algorithm. The results showed, the linear and non-linear term coefficients of the pressure gradient equation ( ) vary between and , respectively. Also, conductive heat transfer has a great dependency to the thermal conductivity coefficient of the solid matrix. On the other hand, the heat in forced convection was transferred in a short length of the bed and after that the thermal equilibrium between fluid and the solid was established. The curve of friction factor vs. Reynolds number diagram showed that for Re 1 the flow is laminar, While for Re 1 the fluid has a transient behavior. Meanwhile, transient Reynolds number change with porosity by performing a thermal gradient to the fluid. Also, based on the microscopic view, a new correlation for Nusselt number (Nu), using the geometric specification of the foams was developed. In the microscopic view, the limitation of previous models such as lack of attention to the geometry of the foam was eliminated. On the other hand, the injection of a particle in porous media and observation of its path was the basis of tortuosity ( ) survey. According to the results, the was decreased by increasing the porosity in the foam. Also, the is a mean value for traveled path by fluid related to the length of foam (according to the direction of fluid flow) and has different values in various directions, which is due to the heterogeneous distribution of the pores in the foam. Therefore, this study can be brought up as a new field and method for designing the foams for different application. Keywords: Foam, Simulation, Hexahedral, Pressure gradient, Nusselt number, Tortuosity
در حال حاضر یکی از مهم ترین چالش ها در رابطه با ساخت فوم ها، طراحی بر اساس ویژگی های کاربردی آن ها می باشد. بنابراین اولین قدم در زمینه طراحی آن ها، می تواند مشتمل بر انجام فرایند شبیه سازی و یا به عبارتی حل دقیق معادلات انتقال باشد که در واقع به دلیل پیچیدگی ساختار هندسی فوم ها، با دشواری های فراوانی همراه می باشد. از اینرو اغلب بررسی های عددی روی هندسه های ایده ال و غیر واقعی فوم، از جمله مدل کلوین صورت گرفته است. دلایل این امر را می توان در مشکل بودن ساخت هندسه واقعی فوم و نحوه مش زدن آن اشاره کرد. لذا در تحقیق حاضر شبیه سازی رفتار هیدرودینامیکی و حرارتی سیال در فوم های فلزی با هندسه واقعی و با استفاده از شبکه محاسباتی هگزاهدرال صورت پذیرفته است. بدین منظور معادلات پیوستگی، انتقال مومنتم و حرارت برای سیال داخل محیط متخلخل فوم (با درصد تخلخل های 85، 90، 95 و 98) به وسیله الگوریتم حجم محدود، حل گردیده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که ضرایب ترم خطی و غیر خطی معادله افت فشار ( ) به ترتیب در محدوده و قرار دارد. همچنین گرمای انتقال یافته به روش هدایت، وابستگی شدیدی به ضریب هدایت حرارتی فاز جامد نشان داد. اما میزان حرارت انتقال یافته در جابجایی اجباری، در طول کمی از بستر انجام می شود و بعد از آن تعادل دمایی بین جامد و سیال بر قرار می شود. اما از طرفی نمودار فاکتور اصطکاک بر حسب عدد رینولدز نشان داد که در دامنه ی Re 1 جریان آرام و در دامنهRe 1 جریان وارد ناحیه گذرا می شود. در ضمن بایستی به این نکته اشاره نمود که با اعمال گرادیان حرارتی، عدد رینولدز گذرا متناسب با میزان تخلخل تغییر می کند. همچنین در کار حاضر رابطه ی جدیدی برای عدد ناسلت براساس مشخصات هندسی فوم توسعه داده شده که برای ارائه آن از دیدگاه میکروسکوپی استفاده شده است. با استفاده از این دیدگاه، محدودیت های مدل های پیشین از جمله عدم توجه به ساختار هندسی فوم، رفع شده است. از طرفی برای به دست آوردن پیچیدگی مسیر عبور جریان سیال، از روش تزریق ذره در داخل محیط متخلخل و رصد مسیر عبور ذره، استفاده شده است. مطابق با نتایج حاصل، فاکتور پیچیدگی با افزایش درصد تخلخل کاهش می یابد. همچنین این فاکتور میانگینی از طول مسیر پیموده شده به وسیله جریان می باشد و مقدار آن در جهات گوناگون به دلیل غیر یکنواختی توزیع تخلخل ها، متفاوت می باشد. در نهایت با اتکا به نتایج حاصل از این پژوهش، می توان بستری هر چند کوچک را در راستای توسعه ی طراحی فوم ها با کاربرد های مختلف، فراهم نمود. کلمات کلیدی فوم، شبیه سازی، هگزاهدرال، افت فشار، عدد ناسلت، پیچیدگی مسیر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی