18114

18114

شبيه‌سازي چند مقياسي انتقال حرارت تابشي در محيط متخلخل فيبري به‌منظور استخراج ضرايب مؤثر حاكم

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

آبان ماه 1396

دكتر سيى مصطفي حسينعلي پور - دكتر شهرياري

مكانيك

در دهه‌هاي اخير شبيه‌سازي پديده‌هاي انتقال در محيط‌هاي متخلخل پيشرفت‌هاي مهمي را شاهد بوده است. جزئيات هندسي موجود در مقياس ميكرو، تأثير قابل توجهي بر پديده‌هاي انتقال خواهد داشت. بنابراين احتساب اين جزئيات در شبيه‌سازي ضروري مي‌نمايد. اما شبيه‌سازي تمام مسأله در مقياس ميكرو امكان‌پذير نيست. يك روش براي حل اين محدوديت، شبيه‌سازي بخشي از هندسه در مقياس كوچك با احتساب جزئيات و استخراج پارامترهاي مؤثر مي‌باشد. يكي از انواع محيط‌هاي متخلخل، محيط فيبري بوده كه در هيترهاي تابشي كاتاليستي كاربرد دارد كه از آن به‌عنوان پايه كاتاليست احتراق استفاده مي‌شود. در پژوهش حاضر، به شبيه‌سازي عددي انتقال حرارت هدايت و تابش در مقياس ميكرو با تاكيد بر تابش حرارتي در هندسه‌ محيط متخلخل فيبري پرداخته شد. هندسه با استفاده از مشخصات بدست‌آمده از تصويربرداري ميكروسكوپي، در قالب يك كد در گروه احتراق كاتاليستي آزمايشگاه انرژي، آب و محيط زيست دانشگاه علم و صنعت بازسازي گرديده است. اندازه‌ي دامنه‌ي محاسباتي با توجه به مقياس برينكمن و همچنين بررسي استقلال نتايج بدست‌آمده از اندازه‌ي دامنه محاسباتي به گونه‌اي تعيين شد كه بتواند نماينده‌ي مناسبي از كل محيط متخلخل فيبري مورد نظر باشد. پس از بررسي استقلال نتايج از تعداد سلول محاسباتي در دامنه و اعتبارسنجي مدل بدست‌آمده با نتايج و روابط موجود در ادبيات فن، تأثير پارامترهاي هندسي محيط متخلخل از قبيل ميزان كسر حجمي جامد، نحوه‌ي جهت‌گيري فيبرها در فضا و همچنين قطر آن‌ها بر ضرايب تشعشعي و انتقال حرارت مؤثر بررسي گرديد. طبق نتايج بدست‌آمده، با افزايش كسر حجمي جامد، ضريب انتقال حرارت مؤثر و ضريب انقراض افزايش مي‌يابند. با افزايش زاويه‌ي بين راستاي گراديان دمايي و محور فيبرها، ضريب انتقال حرارت مؤثر و ضريب انقراض روند كاهشي را نشان مي‌دهند. با افزايش قطر فيبرها ضريب انتقال حرارت تابشي مؤثر افزايش مي يابد اما اين افزايش با توجه به ثابت بودن كسر حجمي جامد، تأثير چنداني بر ضريب انتقال حرارت مؤثر كلي ندارد و همچنين ضريب انقراض نيز كاهش مي‌يابد.

1396/09/07

3/19/2020 12:00:00 AM

In recent decades, important progresses have been acheived in the field of modeling transport phenomena in porous medium.the detailed micro scale charactristics of a porous medium have significant effect on transport phenomena. Then, performing a micro-scale simulation for porous media is always a hard task due to necessary enormous numerical effats. to overcome this problem it is possible to calculate the effective transport coeffeicient from a micro-scale simulation for a portion of medium. Fibrous porous medium usually is used in catalytic radiative heaters as a basis for performing catalytic combustion.The size of computation domain is determined considering Brinkman scale. The independence of computational results from computational domain was investigated in order to that the selected domain was a suitable representative of the total fibrous porous medium.After investigating results independence of computational cell number in the domain and validating obtained model using results and relations in the literature, effect of some geometrical parameters of fibrous medium such as solid volume fraction, fibers directivity in the space and cross section diameter on radiative coefficients and effective heat transfer was studied. According to the obtained results, an increasing behavior for both effective heat transfer coefficient and extinction coefficient with increasing the solid volume fraction. Increasing the angle between temperature gradient alignment and fibers axis, causes effective heat transfer coefficient and extinction coefficient to decrease. increasing fibers diameter causes up to increasing the effective heat transfer coefficient, but show no significant change in effective radiative heat transfer and extinction coefficient decreases as well.