مطالعه عددي و اندازه‌گيري تجربي ضريب نفوذپذيري در محيط متخلخل فيبري با احتساب جزئيات هندسي به منظور بررسي تأثير پارامترهاي هندسي

Numerical study and experimental measurement of permeability coefficient in fibrous porous media, considering geometric details for investigating the effect of geometric parameters

جزئيات هندسي تخلخل، بر پديده­ هاي انتقال تأثيرگذار مي‌باشد. اما شبيه­ سازي كل مسأله با احتساب اين جزئيات امكان­پذير نيست. بنابراين، مي‌توان بخشي از هندسه را به منظور مطالعه پارامترهاي عملكردي، با در نظر گرفتن جزئيات شبيه­ سازي نمود. در مطالعه ­ي حاضر، با تصويربرداري ميكروسكوپي، پارامترهاي ساختاري تعيين و الگوريتم توليد آرايش فيبرها، ارائه شد. با حل عددي معادلات ناوير-استوكس و فرض پيوستگي جريان، تأثير پارامترهاي هندسي بررسي گرديد. براي اعتبارسنجي، نفوذپذيري محيط اندازه‌گيري شد. با افزايش كسر حجمي جامد و زاويه­ي بين راستاي جريان و محور فيبرها از ميزان نفوذپذيري كاسته شد. همچنين با افزايش قطر فيبرها نفوذپذيري محيط افزايش يافت.

Geometric details are very influential on transfer phenomena such as fluid flow and heat transfer in porous media. But in practice, the simulation of the whole problem is not possible by taking into account these details. To overcome this limitation, one can simulate a part of the media taking into account the geometric details to study the functional parameters. In the present study, structural parameters are determined using an electron microscopy (SEM), and the suitable algorithm for determining the fibers orientation in computational domain is developed. Navier-Stokes equations with continuity assumption in a small scale is solved numerically. Here permeability coefficient considered as functional parameter. For validation, the permeability of the media is experimentally determined. Then the effect of geometric parameters was investigated. By increasing (solid volume fraction (SVF) and angles between the flow direction and the fiber axis (θ), the permeability decreased. Also, by increasing fiber diameter, the permeability increased.