MODELING AND SIMULATION OF ENERGY TRANSFER IN SATURATED POROUS MEDIA VIA MIXTURE THEORY

• Main Author: MARIA LAURA MARTINS COSTA
• Other Authors: RUBENS SAMPAIO FILHO
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 1991
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=19763@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=19763@2

CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO === FUNDAÇÃO DE APOIO À PESQUISA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO === O objetivo principal deste trabalho foi apresentar um modelo matemático que permitisse uma descrição local do processo de transferência de energia num escoamento saturado através de um meio poroso rígido. Este modelo teve como base o ponto de vista da Teoria de Misturas. Neste contexto, fluido e sólido (o meio poro) foram tratados como constituintes contínuos de uma mistura binária, coexistindo superpostos em todo o volume da mistura. Um importante aspecto levado em conta no presente trabalho foi permitir que os constituintes fluido e sólido possuíssem seus próprios campos de temperatura, de tal que a hipótese de equilíbrio térmico não foi suposta a priori. Problemas envolvendo convecção livre e forçada foram simulados numericamente. A transferência de calor por convecção forçada num canal poroso limitado por duas placas planas isotérmicas foi considerado em três casos diferentes. No primeiro, foram consideradas quatro condições de contorno na direção x. No segundo, a ausência de condição de contorno para o constituinte fluido na saída do canal, levou à utilização de um esquema iterativo, a única condição de contorno prescrita na direção x foi a temperatura do constituinte fluido na entrada do canal. Um trocador de calor de leito poroso num arranjo em contra-corrente também foi considerado. O trocador consistia de dois canais porosos, separados por uma parede impermeável sem resistência térmica. A convecção natural numa cavidade porosa foi também simulada, sendo considerado o efeito de alguns parâmetros adimensionais. Linhas de corrente e isotermas (para os dois constituintes) foram plotadas em alguns casos representativos. === The main of tis work was to present a mathematical model, suitable for a local description of energy transfer process in a saturated flow thorough a rigid porous medium. This model was constructed based upon the Theory of Mixtures viewopoint. In this context, fluid and solid (the porous medium) were treated as continuous constituents of a binary mixture, coexisting supperposed in the whole volume of the mixture. One important aspect focused on the present work was that fluid and solid constituents were allowed to hav their own temperature fields, so that no thermal equilibrium between them was supposed a priori. Forced and free convection problems were numerically simulated. The forced convection heat transfer in a porous channel bounded by two isothermal flat plates was considered in three different cases.In the first one, four boundary conditions on x-direction were considered. In the second case, the absence of boundary condition for the fluid constituent at the channels exit, led to the utilization of an iterative procedure. Finally, in the third case, in which an iterative algorithm was presented, the fluid constituent inlet temparature was the only boundary condition prescribed on x-direction. A packed-bed heat exchanger in counter-flow arrangement was alo considered. The heat exchanger consisted of two porous channels, separated by impermeable wall without thermal resistence. The natural convection flow in a porous cavity was also simulated. The effect of some dimensionless parameters was considered. Stream lines and isotherms (for both constituents) were plotted for some representative cases.