سبد خرید شما خالی است!
در ادامه مقالات آموزشی رشته مهندسی مکانیک گرایش سیالات و پس از آشنایی با روش تاگوچی و مفهوم جوشش و چگالش دز این مقاله آموزشی به آشنایی با محیط متخلخل در مهندسی مکانیک می پردازیم که امیدواریم برای شما عزیران در ارایه مقالات آموزشی و پژوهشی و پایان نامه کارشناسی ارشد مفید واقع شود .
تحقیقات در زمینه ي جریان سیال و انتقال حرارت در محیط هاي متخلخل (Porous media) در دهه‌هاي اخیر مورد توجه بسیاري از محققان قرار گرفته است و دلیل آن به کاربرد گسترده محیط هاي متخلخل در صنعت از جمله تولید نفت خام، عایق کاري بهینه ساختمان ها، خنک کاري فلاسک هاي سوخت هسته اي و مبدل هاي حرارتی بازیاب بر می‌گردد. در ادامه به پاره‌اي از کاربردهاي مواد متخلخل در صنایع مختلف اشاره می‌گردد.
شیمیایی:
مواد متخلخل در راکتورهاي کاتالیستی فشرده، خشک‌کن ها، فرآیندهاي فیلتراسیون، انتقال جرم درون غشاها، بسترهاي کروماتوگرافی فشرده کاربرد دارند.
زیست محیطی:
مواد متخلخل در مطالعات مربوط به جریان‌هاي آب زیر زمینی، حرکت آلودگی‌هاي زیر زمینی، مدیریت انرژي‌هاي زمین گرمایی، فرایند تمیزکاري خاك با تزریق بخار کاربرد دارند.
مکانیکی:
مواد متخلخل در سیستمهاي خنک‌کاري جذبی تک فاز و دو فاز، لوله‌هاي گرمایی فتیله‌اي، عایقکاري ساختمان‌ها، جمع‌آوري انرژي‌هاي زیر زمینی، بهبود انتقال حرارت از طریق افزایش سطح تماس، خنک‌کاري راکتورهاي هسته‌اي، فرآیندهاي رطوبت‌زدایی کاربرد دارند.
صنعت نفت و گاز:
مواد متخلخل در جریان نفت و گاز در مخازن، فرآیندهاي تولید نفت، فرآیندهاي تولید گاز طبیعی کاربرد دارند.
منظور از محیط متخلخل ماده‌اي است متشکل از یک شبکه جامد که توسط فضاها یا منفذهای خالی بین آنها به هم متصل شده‌اند. فضاهاي خالی موجود بین شبکه جامد امکان جاري شدن سیال در این شبکه را فراهم می‌آورند. در یک محیط متخلخل طبیعی توزیع منفذها از نظر شکل و اندازه به صورت بی قاعده و نامنظم می‌باشند. شن ساحل، سنگ آهک و ریه انسان نمونه‌هایی از مواد متخلخل طبیعی می‌باشند. در مقیاسهاي کوچک و قابل قیاس با اندازه منفذها کمیت هاي جریان مانند سرعت و فشار نیز کاملا بی قاعده و نامنظم خواهند بود، اما مشاهدات تجربی نشان داده‌اند که در ناحیه‌هایی متشکل از تعداد زیادي منفذ متوسط کمیات جریان رفتارهایی با قاعده نسبت به زمان و مکان داشته و بنابراین می توان بحث‌هاي تئوریک براي آنها ابداع نمود. این که بتوان اجزاء سیال را به صورت ناحیه‌هایی متشکل از تعداد زیادي منفذ در نظر گرفت یا خیر به فاصله ي ناظر از محیط متخلخل بستگی دارد. در صورتی که فاصله ناظر کم باشد، ناظر تنها یک یا دو مجرا را مشاهده خواهد کرد. در این صورت به شیوه‌هاي سنتی مکانیک سیالات می‌توان رفتار سیال را توصیف کرد، اما چنانچه فاصله ناظر از محیط زیاد باشد، تعداد زیادي مجرا و حفره در دید ناظر قرار خواهد گرفت. در این صورت روش هاي متوسط‌گیري حجمی براي توصیف رفتار سیال و ساده‌سازي مسئله بسیار مفیدتر و کارآمدتر خواهد بود.
روش معمول براي بدست آوردن معادلات حاکم بر مسئله این است که از معادلات سنتی حاکم بر مسئله شروع کرده و با متوسط‌گیري روي ناحیه‌هایی متشکل از تعداد زیادي منفذ، معادلات حاکم بر جریان سیال در محیط متخلخل بدست آورده می‌شوند. این روش به روش متوسط‌گیري حجمی محلی (Local volume averaging technique) مشهور می‌باشد. در این روش کمیت‌هاي ماکروسکوپیک به صورت یک مقدار متوسط مناسب بر روي یک حجم نماینده Representative elementary volume تعریف می‌شوند. مقدار متوسط کمیت‌هاي جریان باید از اندازه حجم نماینده انتخابی مستقل باشند، همچنین ابعاد حجم نماینده باید بسیار بزرگتر از ابعاد منفذها و بسیار کوچکتر از ابعاد حوزه حل انتخاب گردد. در زیر یک حجم نماینده به صورت نمونه نمایش داده شده است.
تخلخل (Porosity) یک محیط متخلخل به صورت کسري از حجم کل محیط که توسط سیال اشغال می شود، تعریف شده و با نماد ε نمایش داده می شود. بنابراین ε-1 برابر با کسري از محیط خواهد بود که توسط ماده جامد اشغال شده است. مقدار تخلخل محیط براي محیط‌هاي متخلخل طبیعی رایج از مقدار6/0 تجاوز نمی‌کند. براي بسترهاي متخلخل متشکل از ذرات کروي جامد با قطر یکنواخت مقدار تخلخل از 2595/0 براي آرایش رومبوهدرال )Rhombohedral( تا 4764/0براي آرایش مکعبی ذرات تغییر می‌کند.
آرایش مکعبی ذرات کروي با میزان تخلخل ۴۸/۰
آرایش رومبوهدرال ذرات کروي با میزان تخلخل ۲۶/۰
مقدار تخلخل براي مواد متخلخل متشکل از ذرات غیر یکنواخت کوچکتر از مواد تشکیل شده از ذرات یکنواخت خواهد بود، زیرا در این حالت ذرات کوچکتر می‌توانند فضاهاي خالی ایجاد شده توسط ذرات بزرگتر را پر کنند. براي مواد متخلخل مصنوعی مانند فوم‌هاي فلزي مقدار تخلخل را می توان به اندازه دلخواه به یک نزدیک کرد.
در این مقاله آموزشی سعی بر آشنایی با محیط متخلخل در مهندسی مکانیک پرداخته شده است که امیدواریم برای شما مفید واقع شده باشد. برای مطالعه مقاله های آموزشی بیشتر در رشته مهندسی مکانیک می توانید با کلیک بر روی عنوان های زیر به مقاله مربوطه هدایت شوید:
با سلام مطالب سایت مفید وسازنده هستند فقط اگه امکانش هست منابع مطلب متخلخل رو بزارید با تشکر
