عنوان
مطالعه عددي محيط متخلخل فيبري به‌منظور استخراج ضريب مؤثر نفوذ جرم با استفاده از روش شبيه‌سازي در مقياس حفره‌ها
نويسنده اصلي
محمدرضا نايبي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
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
شماره ركورد
193349
دانشگاه
دانشگاه علم و صنعت ايران
رشته تحصيلي
مهندسي هوافضا
استاد راهنما
دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور