Υπολογιστική προσομοίωση τριχοειδών φαινομένων πορωδών μέσων και παραμετρική ανάλυση μετάδοσης θερμότητας σε νερό που διαρρέει πορώδη μέσα
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των τριχοειδών φαινομένων και της θέρμανσης πορωδών μέσων. Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν αρχικά η τριχοειδής ανύψωση και η τριχοειδής πίεση που δημιουργείται σε ένα υγρό από ένα πορώδες μέσο με τριχοειδή δομή, καθώς αυτό αντλείται και εκτοπίζει το...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/13869 |
| id |
nemertes-10889-13869 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Πορώδη μέσα Τριχοειδής ανύψωση Τριχοειδής πίεση Μετάδοση θερμότητας Τοπική θερμική ισορροπία Porous media Capillary rise Capillary pressure Heat transfer Local thermal equilibrium |
| spellingShingle |
Πορώδη μέσα Τριχοειδής ανύψωση Τριχοειδής πίεση Μετάδοση θερμότητας Τοπική θερμική ισορροπία Porous media Capillary rise Capillary pressure Heat transfer Local thermal equilibrium Δέδες, Μιχαήλ Υπολογιστική προσομοίωση τριχοειδών φαινομένων πορωδών μέσων και παραμετρική ανάλυση μετάδοσης θερμότητας σε νερό που διαρρέει πορώδη μέσα |
| description |
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των τριχοειδών φαινομένων και της θέρμανσης πορωδών μέσων. Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν αρχικά η τριχοειδής ανύψωση και η τριχοειδής πίεση που δημιουργείται σε ένα υγρό από ένα πορώδες μέσο με τριχοειδή δομή, καθώς αυτό αντλείται και εκτοπίζει το αέριο που προϋπήρχε μέσα στο πορώδες μέσο. Το αντλούμενο υγρό και το εκτοπιζόμενο αέριο που επιλέχθηκαν ήταν το νερό και ο αέρας αντίστοιχα. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε παραμετρική ανάλυση της μετάδοσης θερμότητας σε υγρό που διαρρέει πορώδες μέσο. Το υγρό που επιλέχθηκε στις περισσότερες προσομοιώσεις ήταν το νερό. Σημείο ενδιαφέροντος της μελέτης ήταν το πώς μπορούν να μεγιστοποιηθούν η τριχοειδής ανύψωση και αύξηση της θερμοκρασίας του υγρού μέσα στο πορώδες μέσο. Οι προσομοιώσεις έγιναν με την χρήση του λογισμικού υπολογιστικής ρευστοδυναμικής Ansys Fluent. Το πολυφασικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της τριχοειδούς πίεσης ήταν το Eulerian Multiphase Model - Leverett j function και το θερμικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε για την παραμετρική ανάλυση της μετάδοσης θερμότητας στο πορώδες μέσο ήταν το Local Thermal Equilibrium Model.
Από τα σημαντικότερα συμπεράσματα που προέκυψαν, ένα είναι πως η τριχοειδής ανύψωση αυξάνεται όσο μειώνεται η διαπερατότητα του πορώδους μέσου. Επιπλέον, η μετάβαση από το νερό στον αέρα γίνεται μέσω μιας διφασικής περιοχής, στην οποία οι δύο φάσεις συνυπάρχουν, και στην οποία παρατηρείται μια απότομη αύξηση στην πίεση.
Στην συνέχεια, η αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του ρευστού στη έξοδο του πορώδους μέσου είναι μεγαλύτερη, όσο μικρότερη είναι η ταχύτητά του, όσο μικρότερη είναι η θερμική διαχυτότητα του στερεού υλικού του πορώδους μέσου, και όσο μεγαλύτερο είναι το πορώδες του μέσου. Το σχήμα της διατομής του πορώδους αγωγού δεν επηρεάζει σημαντικά την αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του υγρού. Οι παράμετροι αυτοί εκτός από την αύξηση της θερμοκρασίας επηρεάζουν και την κατανομή της θερμοκρασίας του υγρού κατά μήκος και στην έξοδο του πορώδους μέσου. Τέλος, σε σύγκριση με ένα κενό αγωγό, ένας πορώδης αγωγός θερμαίνει πιο ομοιόμορφα το ρευστό που τον διαρρέει κι έτσι αποφεύγεται η δημιουργία σημείων εξάτμισης ή βρασμού κοντά στα τοιχώματα. |
| author2 |
Dedes, Michail |
| author_facet |
Dedes, Michail Δέδες, Μιχαήλ |
| author |
Δέδες, Μιχαήλ |
| author_sort |
Δέδες, Μιχαήλ |
| title |
Υπολογιστική προσομοίωση τριχοειδών φαινομένων πορωδών μέσων και παραμετρική ανάλυση μετάδοσης θερμότητας σε νερό που διαρρέει πορώδη μέσα |
| title_short |
Υπολογιστική προσομοίωση τριχοειδών φαινομένων πορωδών μέσων και παραμετρική ανάλυση μετάδοσης θερμότητας σε νερό που διαρρέει πορώδη μέσα |
| title_full |
Υπολογιστική προσομοίωση τριχοειδών φαινομένων πορωδών μέσων και παραμετρική ανάλυση μετάδοσης θερμότητας σε νερό που διαρρέει πορώδη μέσα |
| title_fullStr |
Υπολογιστική προσομοίωση τριχοειδών φαινομένων πορωδών μέσων και παραμετρική ανάλυση μετάδοσης θερμότητας σε νερό που διαρρέει πορώδη μέσα |
| title_full_unstemmed |
Υπολογιστική προσομοίωση τριχοειδών φαινομένων πορωδών μέσων και παραμετρική ανάλυση μετάδοσης θερμότητας σε νερό που διαρρέει πορώδη μέσα |
| title_sort |
υπολογιστική προσομοίωση τριχοειδών φαινομένων πορωδών μέσων και παραμετρική ανάλυση μετάδοσης θερμότητας σε νερό που διαρρέει πορώδη μέσα |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/13869 |
| work_keys_str_mv |
AT dedesmichaēl ypologistikēprosomoiōsētrichoeidōnphainomenōnporōdōnmesōnkaiparametrikēanalysēmetadosēsthermotētasseneropoudiarreeiporōdēmesa AT dedesmichaēl numericalsimulationofcapillaryeffectsofporousmediaandparametricanalysisofheattransferinwaterflowingthroughporousmedia |
| _version_ |
1771297316417830912 |
| spelling |
nemertes-10889-138692022-09-05T20:27:20Z Υπολογιστική προσομοίωση τριχοειδών φαινομένων πορωδών μέσων και παραμετρική ανάλυση μετάδοσης θερμότητας σε νερό που διαρρέει πορώδη μέσα Numerical simulation of capillary effects of porous media and parametric analysis of heat transfer in water flowing through porous media Δέδες, Μιχαήλ Dedes, Michail Πορώδη μέσα Τριχοειδής ανύψωση Τριχοειδής πίεση Μετάδοση θερμότητας Τοπική θερμική ισορροπία Porous media Capillary rise Capillary pressure Heat transfer Local thermal equilibrium Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των τριχοειδών φαινομένων και της θέρμανσης πορωδών μέσων. Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν αρχικά η τριχοειδής ανύψωση και η τριχοειδής πίεση που δημιουργείται σε ένα υγρό από ένα πορώδες μέσο με τριχοειδή δομή, καθώς αυτό αντλείται και εκτοπίζει το αέριο που προϋπήρχε μέσα στο πορώδες μέσο. Το αντλούμενο υγρό και το εκτοπιζόμενο αέριο που επιλέχθηκαν ήταν το νερό και ο αέρας αντίστοιχα. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε παραμετρική ανάλυση της μετάδοσης θερμότητας σε υγρό που διαρρέει πορώδες μέσο. Το υγρό που επιλέχθηκε στις περισσότερες προσομοιώσεις ήταν το νερό. Σημείο ενδιαφέροντος της μελέτης ήταν το πώς μπορούν να μεγιστοποιηθούν η τριχοειδής ανύψωση και αύξηση της θερμοκρασίας του υγρού μέσα στο πορώδες μέσο. Οι προσομοιώσεις έγιναν με την χρήση του λογισμικού υπολογιστικής ρευστοδυναμικής Ansys Fluent. Το πολυφασικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της τριχοειδούς πίεσης ήταν το Eulerian Multiphase Model - Leverett j function και το θερμικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε για την παραμετρική ανάλυση της μετάδοσης θερμότητας στο πορώδες μέσο ήταν το Local Thermal Equilibrium Model. Από τα σημαντικότερα συμπεράσματα που προέκυψαν, ένα είναι πως η τριχοειδής ανύψωση αυξάνεται όσο μειώνεται η διαπερατότητα του πορώδους μέσου. Επιπλέον, η μετάβαση από το νερό στον αέρα γίνεται μέσω μιας διφασικής περιοχής, στην οποία οι δύο φάσεις συνυπάρχουν, και στην οποία παρατηρείται μια απότομη αύξηση στην πίεση. Στην συνέχεια, η αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του ρευστού στη έξοδο του πορώδους μέσου είναι μεγαλύτερη, όσο μικρότερη είναι η ταχύτητά του, όσο μικρότερη είναι η θερμική διαχυτότητα του στερεού υλικού του πορώδους μέσου, και όσο μεγαλύτερο είναι το πορώδες του μέσου. Το σχήμα της διατομής του πορώδους αγωγού δεν επηρεάζει σημαντικά την αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του υγρού. Οι παράμετροι αυτοί εκτός από την αύξηση της θερμοκρασίας επηρεάζουν και την κατανομή της θερμοκρασίας του υγρού κατά μήκος και στην έξοδο του πορώδους μέσου. Τέλος, σε σύγκριση με ένα κενό αγωγό, ένας πορώδης αγωγός θερμαίνει πιο ομοιόμορφα το ρευστό που τον διαρρέει κι έτσι αποφεύγεται η δημιουργία σημείων εξάτμισης ή βρασμού κοντά στα τοιχώματα. The purpose of the present diploma thesis is the study of the capillary effects and the heating of porous media. In particular, the first thing that was studied was the capillary rise and the capillary pressure that a fluid incurs by a porous media with capillary structure, while it is being drained and it displaces the gas that preexisted inside the porous media. The drained liquid and the displaced gas that were chosen were water and air respectively. Afterwards, a parametric analysis of heat transfer in liquid flowing through porous media was carried out. The liquid that was chosen in most of the simulations was water. The study’s point of interest was how the capillary rise and the temperature increase of the liquid inside the porous media can be maximized. The simulations were conducted using the computational fluid dynamics software Ansys Fluent. The multiphase model that was used for the simulation of capillary pressure was the Eulerian Multiphase Model – Leverett j function and the thermal model that was used for the parametric analysis of heat transfer in porous media was the Local Thermal Equilibrium Model. Of the most important conclusions that resulted from the study, one was that the capillary rise increases with the decrease of the porous media permeability. Furthermore, the transition from water to air takes place inside a two-phase region, in which the two phases co-exist, and a sudden increase in pressure can be observed. Moreover, the increase of the mean temperature of the liquid at the outlet of the porous media increases as the liquid velocity decreases, the thermal diffusivity of the porous media solid material decreases, and as the porosity of the porous media increases. The shape of the porous media cross-section does not impact seriously the increase of the mean temperature of the liquid. Apart from the temperature increase, the above parameters also affect the temperature distribution along the porous media and at its outlet. Finally, in comparison with vacant pipes, a porous pipe heats the flowing fluid more evenly, avoiding so the creation of evaporation or boiling points. 2020-10-02T09:40:42Z 2020-10-02T09:40:42Z 2020-10 http://hdl.handle.net/10889/13869 gr application/pdf |
