دفاعیه دکتری در دانشکده

  این جلسه دفاعیه شنبه 6/6/89 ساعت 16 در آمفی تاتر دانشکده مهندسی شیمی برگزار خواهد شد.

در کار حاضر مدلسازی و شبیه­سازی رفتار هیدرودینامیکی و حرارتی سیال در مبدلهای حرارتی مجهز به فوم صورت پذیرفته است. به منظور دستیابی به این هدف معادلات پیوستگی، انتقال مومنتوم و حرارت بصورت همزمان برای سیال داخل لوله و محیط متخلخل فوم حل گردیده است. معادلات مومنتوم در سمت فوم شامل جملات دارسی، افت فشار ناشی از اصطکاک و اینرسی در نظر گرفته می­شود. همچنین به علت اختلاف زیاد ضرائب هدایت حرارتی فوم فلزی و سیال گذرا از فوم، از فرض غیرهمدما بودن سیال و فوم در محیط متخلخل فوم استفاده می­گردد. اعمال شرط مرزی صحیح برای معادلات انتقال حرارت در دیواره از موارد چالش برانگیز کار حاضر می­باشد. در کار حاضر دو دیدگاه برای نقاط گرهی روی دیواره در نظر گرفته شده است. یکی فرض پیوستگی محیط و نوشتن معادلات انتقال حرارت بصورت پیوسته برای نقاط گرهی واقع در میدانهای محاسباتی داخل و بیرون لوله و دیگری فرض یک چشمه حرارتی برای نقاط روی دیواره لوله که دیدگاه دوم نتایج دقیقتری را ارائه می­دهد. حل الگوریتم پیشنهادی با روش دینامیک سیالات محاسباتی صورت پذیرفته است. همچنین در کار حاضر الگوریتم حل سیمپلر به منظور رفع مشکل عدم همگرایی و یا همگرایی کند نتایج تصحیح شده است. مدلسازی دقیق مبدل حرارتی مورد مطالعه در کارحاضر، با در نظر گرفتن کلیه جملات افت فشار، فرض غیرهمدمایی برای معادلات انتقال حرارت سمت فوم و شرایط مرزی دمای متغیر در دیواره لوله به همراه تصحیح الگوریتمهای حل پیشنهادی در این پایان نامه صورت پذیرفته که برخی از کاستیهای کارهای پیشین را رفع نموده است. با حل مدل پیشنهادی نمودارهای تغییرات دما و سرعت سیال با طول و شعاع مبدل بدست می­آید. نتایج حاصل از مدل تطابق خوبی با مدل تحلیلی ساده و نتایج تجربی نشان می­دهد. همچنین نمودارهای مربوط به خطوط هم­سرعت و همدما که نشان دهنده لایه مرزی حرارتی و لایه مرزی سرعت می­باشند نیز ارائه شده است. نتایج بدست آمده نشان می­دهد که  بکارگیری فوم در ساختار مبدلهای حرارتی، فلاکس حرارتی انتقال یافته از دیواره و بازدهی مبدل را به میزان قابل توجهی افزایش می­دهد. این افزایش در قیاس با لوله­های عاری از فوم می­تواند تا حدود 4 برابر نیز باشد.

همچنین در کار حاضر یک مدل تحلیلی سه بعدی براساس مشخصات هندسی فوم توسعه داده شد که برای توسعه آن از دیدگاه میکروسکوپی استفاده شده است. با استفاده از این دیدگاه، نقایص مدلهای پیشین از جمله عدم توجه به همسانگرد بودن یا نبودن ساختار هندسی فوم، عدم توجه به تغییر شکل سطح مقطع رشته­های فلزی فوم با تغییر تخلخل و عدم توجه به وجود گره­های جامد در محل برخورد رشته­های فلزی با یکدیگر رفع شده است. عدم توجه به ناهمسانگرد بودن محیط متخلخل فوم می­تواند خطای قابل ملاحظه­ای تا حدود %6/59 ایجاد نماید.

واژه‌های کلیدی: مبدل حرارتی مجهز به فوم، ضریب هدایت حرارتی موثر، مدل غیر همدمای حرارتی، شبیه­سازی، مدلسازی.