An experimental and numerical study on effects of pore to throat size ratio on macroscopic transport parameters in porous media
Gözenekli yapılarda gözenek ile boğaz arasındaki büyüklük oranının makroskopik taşınım parametrelerine etkisi üzerine deneysel ve teorik bir çalışma
- Tez No: 405190
- Danışmanlar: PROF. DR. MOGHTADA MOBEDİ, YRD. DOÇ. DR. ÜNVER ÖZKOL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 214
Özet
Gözenekli ortamlarda akış ve ısı transferi ile hidrojeolojideki su kaynağı yönetimi ve zemin ısı depolama gibi birçok doğal ve endüstriyel uygulamada sıklıkla karşılaşılmaktadır. Bu sebepten gözenekli ortamlarda akış ve ısı transferi analizleri ilgi kazanmaktadır. Gözenekli ortamlarda akış ve ısı transferinin teorik analizi külfetlidir. Analizdeki zorlukları gidermek için bazı yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemlerden birisi makroskopik yöntemdir. Makroskopik yöntemde gözenekli ortamdaki katı ve sıvı birleştirilmekte ve gözenekli yapı varsayımsal bir sürekli ortam olarak gösterilmektedir. Ancak makroskopik yöntemin uygulanabilmesi için gözenekli ortamın geçirgenlik ve ısıl dispersiyon katsayısı gibi makroskopik taşınım özelliklerinin bilinmesi gerekmektedir. Gözenek ile boğaz arasındaki büyüklük oranı, porozite, Reynolds sayısı, katı ile sıvı arası ısıl iletkenlik katsayısı oranı gibi birçok parametre makroskopik taşınım özelliklerini etkiler. Bu çalışmada, gözenek ile boğaz arasındaki büyüklük oranının geçirgenlik, arayüz ısı transfer ve ısıl dispersiyon katsayıları gibi makroskopik taşınım özelliklerine etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Dikdörtgen çubuklardan oluşan periyodik gözenekli bir ortamda akış ve ısı transferi incelenmiştir. Temsili bir birim hacim gözönüne alınmış ve süreklilik, Navier-Stokes ve enerji denklemleri çözülerek çubuklar arası boşluktaki hız, basınç ve sıcaklık dağılımları bulunmuştur. Gözenek ile boğaz arasındaki büyüklük oranının, makroskopik taşınım özelliklerinin doğru bir şekilde hesaplanabilmesi için dikkate alınması gereken, önemli bir parametre olduğu gösterilmiştir. Kozeny sabiti ve arayüz ısı transfer katsayısının bulunması için gözenek ile boğaz arasındaki büyüklük oranı ve diğer ilişkili parametrelere bağlı korelasyonlar önerilmiştir. Sayısal sonuçların geçerliliğini göstermek için deneysel bir çalışma yapılmıştır. Deneysel çalışmada, kare çubuklardan oluşan gözenekli bir kanal kullanılmış ve sayısal olarak bulunan geçirgenlik ve ısıl dispersiyon katsayıları doğrulanmıştır. Deneysel ve sayısal sonuçlar arasında iyi bir uyum gözlenmiştir. Bu çalışmada, gözenekli ortamda akış ve ısı transferi, gözenek ile boğaz arasındaki büyüklük oranının geçirgenlik, arayüz ısı transfer ve ısıl dispersiyon katsayıları gibi makroskopik taşınım özelliklerine etkisinin görülmesi için sayısal olarak incelenmiştir. Dikdörtgen çubuklardan oluşan periyodik bir gözenekli ortamda akış ve ısı transferi incelenmiştir. Temsili bir birim hacim gözönüne alınmış ve süreklilik, Navier-Stokes ve enerji denklemleri çözülerek çubuklar arası boşluktaki hız, basınç ve sıcaklık dağılımları bulunmuştur. Gözenek ile boğaz arasındaki büyüklük oranının, makroskopik taşınım özelliklerinin doğru bir şekilde hesaplanabilmesi için dikkate alınması gereken, önemli bir parametre olduğu gösterilmiştir. Kozeny sabiti ve arayüz ısı transfer katsayısının bulunması için gözenek ile boğaz arasındaki büyüklük oranı ve diğer ilişkili parametrelere bağlı korelasyonlar önerilmiştir. Sayısal sonuçların geçerliliğini göstermek için deneysel bir çalışma yapılmıştır. Deneysel çaluışmada, kare çubuklardan oluşan gözenekli bir kanal kullanılmış ve sayısal olarak bulunan geçirgenlik ve ısıl dispersiyon katsayıları doğrulanmıştır. Deneysel ve sayısal sonuçlar arasında iyi bir uyum gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Heat and fluid flow in porous media are frequently encountered in natural and industrial applications, such as oil recovery, water supply management in hydrogeology, ground heat storage, nuclear waste disposals, and ground water flow modeling. Fluid flow and heat transfer analyses in porous media have gained recent attention. The theoretical analysis of heat and fluid flow in porous media is troublesome. That's why some methods were developed to overcome the difficulties. One of these methods is the macroscopic method in which the solid and fluid phases are combined and the porous media is represented as an imaginary continuum domain. For the application of the macroscopic method onto a porous medium, the macroscopic transport properties such as permeability and thermal dispersion of the corresponding medium should be known. Many parameters such as pore to throat size ratio, porosity, Reynolds number, solid-to-fluid thermal conductivity ratio influence the macroscopic transport parameters. In this study, the fluid flow and heat transfer in porous media are examined numerically to determine the effects of pore to throat size ratio on permeability, interfacial convective heat transfer and thermal dispersion coefficients. The heat and fluid flow in periodic porous media consisting of rectangular rods are investigated. A representative elementary volume is considered and the continuity, Navier-Stokes and energy equations are solved to determine the velocity, pressure and temperature fields in the voids between the rods. It is shown that the pore to throat size ratio is a significant parameter which should be taken into account to suggest a wide applicable correlation. Based on obtained computational results, correlations for determination of Kozeny constant and interfacial heat transfer coefficient in terms of pore to throat size ratio and other related parameters are proposed. An experimental study was conducted to validate the numerical results of the present study. In the experimental part, a porous channel of square rods is used and the permeability and thermal dispersion coefficient are validated with the aid of experimental measurements. A good agreement between the experimental and numerical results is observed.
Benzer Tezler
- Burulmalı kesme deney aleti ile zeminlerin dinamik davranış özelliklerinin belirlenmesi
The eveluation of cyclic behavior of soil with torsional shear test
SELİM ALTUN
Doktora
Türkçe
2003
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA ANSAL
- Numerical modelling of sand behavior under cyclic simple shear tests in a special liquefaction box
Özel sıvılaşma düzeneği içinde çevrimsel basit kesme deneyleri altında kum davranışının sayısal modellenmesi
ATAOLLAH NATEGHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. ESRA ECE BAYAT
- Design and analyses of porous concrete for safety applications
Başlık çevirisi yok
AYDA ŞAFAK AĞAR ÖZBEK
Doktora
İngilizce
2016
İnşaat MühendisliğiTechnische Universiteit Delft (Delft University of Technology)PROF. DR. K. VAN BREUGEL
- Depremde tabakalı kum zeminde oluşan sıvılaşma ve sıvılaşma sonrası davranışın model deneylerle araştırılması
Investigation of liquefaction and post liquefaction behavior of layered sands during earthquakes by means of model tests
PELİN TOHUMCU ÖZENER
Doktora
Türkçe
2007
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KUTAY ÖZAYDIN
- Effect of stone column soil improvement on liquefaction resistance: Field and numerical study
Taş kolon ile zemin iyileştirmesinin sıvılaşma direnci üzerindeki etkisi: Saha ve nümerik çalışmalar
MERVE BUDAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İnşaat Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsüİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURHAN ECEMİŞ