شماره ركورد
20989
شماره راهنما(اين فيلد مربوط به كارشناس ميباشد لطفا آن را خالي بگذاريد)
۲۰۹۸۹
پديد آورنده
محمدرضا نايبي
عنوان
مطالعه عددي محيط متخلخل فيبري بهمنظور استخراج ضريب مؤثر نفوذ جرم با استفاده از روش شبيهسازي در مقياس حفرهها
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي هوافضا
سال تحصيل
۱۳۹۵
تاريخ دفاع
۱۳۹۸/۳/۲۱
استاد راهنما
دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور
دانشكده
مكانيك
چكيده
روند روبهجلو طي چند دهه اخير درزمينه مدلسازي پديدههاي انتقال 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 در مقياس حفرهها" ياد ميشود. بااينحال، 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 رادارند 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 پديده انتقال جرم در احتراق بدون شعله گاز متان داخل محيط متخلخل فيبري و درعينحال فعال كاتاليستي بهمنظور استخراج ضريب مؤثر انتقال جرم در مقياس حفرهها شبيهسازي گرديده است. شبيهسازي در هندسهاي ساختهشده از محيط متخلخل فيبري انجامگرفته است، اين هندسه با توجه به پارامترهاي هندسي محيط (شعاع فيبر، زاويه قرارگيري فيبرها، ميزان تخلخل) ساختهشده است. با استفاده از تكنيك شبيهسازي در مقياس حفرهها، ضريب مؤثر نفوذ جرم (نفوذپذيري) 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 ضريب مذكور دارد. با استفاده از ضريب نفوذپذيري مؤثر بهدستآمده و ديگر ضرايب پديدههاي انتقال براي محيط متخلخل فيبري (نفوذپذيري جرياني، انتقال حرارت هدايتي و انتقال حرارت تابشي) براي يك فيزيك مشخص، شبيهسازي در مقياس ماكرو انجام شد. توزيع دماي بهدستآمده و نرخ انجام واكنش تطابق خوبي با نتايج اندازهگيري شده در مطالعات پيشين داشت و نتيجه شبيهسازي خطاي 4/6% را در محاسبه نرخ واكنش كاتاليستي متان به همراه داشت. با استفاده از اين روند، ضريب انتقال جرم موردنياز در شبيهسازي ماكرو، بدون استفاده از ضرايب تجربي يا اندازهگيري مستقيمِ مربوط به شرايط خاص، به دست آمد. از روند ارائهشده در اين پژوهش ميتوان بهعنوان ابزاري با دقت مناسب و نسبتاً سريع در بهينهسازي عملكرد سيستمهاي احتراق كاتاليستي در محيط متخلخل فيبري استفاده نمود
تاريخ ورود اطلاعات
1398/06/10
عنوان به انگليسي
Numerical study of fiber porous media for derivation the effective mass diffusion coefficient using "pore-scale simulation" method
تاريخ بهره برداري
6/10/2020 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمدرضا نايبي
چكيده به لاتين
The progress in numerical methods, computing equipment, and imaging techniques in the recent decades have led to an impressive improvement in modeling momentum, heat and mass transfer in porous media.The porous geometry details on the pore scale have a significant effect on the transport phenomena. Therefore, it is necessary to consider the geometric details or their effects in porous media simulations .However, it is generally not possible to simulate the whole problem on this scale. On the other hand, it is not possible to provide geometric details in the "macroscopic" simulations and the only way is to use the suitable transport coefficients to see the effects of geometric details in their final results. However, selecting the appropriate values for the coefficients is not always easy, and will be possible only with the knowledge of what is really happening in the pore scale.
In the present study, the mass transport phenomena in fibrous porous medium are simulated in the pore scale to calculate the effective diffusion coefficients for macro scale to simulation of methane catalytic combustion in this type of porous medium. The simulation were performed in generated fibrous porous medium. The geometry were recunstracted based on fibrous porous medium parameters. Using the simulation technique on the pore scale, the mass diffusion coefficient in fibrous porous media was calculated. The effect of the Solid Volume Fraction, fibers orientation and diameter were studied and it was shown that the SolidVolume Fraction has the most effect on these coefficients.Using the effective diffusion coefficients, and other coefficients of transfer phenomena for fiber porous media (Flow permeability, conduction heat transfer and radiant heat transfer) for a certain physics, the simulation of methane catalytic combustion was performed on a macro scale. The distribution of the obtained temperature and the reaction rate Were in good agreement with the measured data in previous studies.in this study had a 6.4% error in calculating the methane conversion rate.