The experimental investigation of thermal response characteristics by the air flow through the porous media has been carried out. The packed spheres of steel or glass were considered as the porous media in the present study. Temperature distributions of the fluid in the porous media as well as pressure drops through the porous media were measured. The transient temperature variations in the porous media are compared favorably with the analytical results in the high Reynolds number ranges. However, in the low Reynolds number ranges, the experimental data deviate from the analytical results, due to the dominant heat conduction penetration to the upstream direction, which is not considered in the analytical model. The cool-down response of porous media is found to be dependent upon the specific dimensionless time considering the material property and air velocity. The heat discharge process is recommended to be operated until a certain time, considering the cost efficiency.
Tasiopoulou, Panagiota;Taiebat, Mahdi;Tafazzoli, Nima;Jeremic, Boris
Coupled systems mechanics
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제4권1호
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pp.67-98
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2015
Numerical prediction of dynamic behavior of fully coupled saturated porous media is of great importance in many engineering problems. Specifically, static and dynamic response of soils - porous media with pores filled with fluid, such as air, water, etc. - can only be modeled properly using fully coupled approaches. Modeling and simulation of static and dynamic behavior of soils require significant Verification and Validation (V&V) procedures in order to build credibility and increase confidence in numerical results. By definition, Verification is essentially a mathematics issue and it provides evidence that the model is solved correctly, while Validation, being a physics issue, provides evidence that the right model is solved. This paper focuses on Verification procedure for fully coupled modeling and simulation of porous media. Therefore, a complete Solution Verification suite has been developed consisting of analytical solutions for both static and dynamic problems of porous media, in time domain. Verification for fully coupled modeling and simulation of porous media has been performed through comparison of the numerical solutions with the analytical ones. Modeling and simulation is based on the so called, u-p-U formulation. Of particular interest are numerical dispersion effects which determine the level of numerical accuracy. These effects are investigated in detail, in an effort to suggest a compromise between numerical error and computational cost.
In unsaturated porous media, the air-water interface (AWI) plays an important role in removing of biocolloids such as bacteria, viruses, and protozoan (oo)cysts. In this study, four models related to calculation of specific AWI area are analyzed to determine the appropriate model, and the selected models are verified using the previously reported experimental data. The results indicate that the modified model from Niemet et al. (2002) is the most appropriate tool for calculating the specific AWI area using the van Genuchten (1980) parameters obtained from the water retention curve. Hence, it is expected that this model could be used to quantitatively determine the attachment of biocolloids to AWI in the transport modeling of biocolloids in unsaturated porous media.
The objects of this paper are to formulated a model for the transport of a chain of radioactive waste products in a fractured porous medium, to devise an effective and efficient numerical method for approximating the solution of the model, and to demonstrated the convergence of the numerical method. The formulation begins from a model in an unfractured (single porosity) medium, passes through a double porosity model in a fractured medium, and ends with a modified single porosity model that takes the relevant time scales of the flow and the nuclear decay.
A typical heat exchanger, found in many industrial sites, is made up of a large number of unitary cells, which causes difficulties when carrying out full-scale three-dimensional numerical simulations of the heat exchanger to analyze the aero-thermal performance. In the present study, a three-dimensional numerical study using a porous media model was carried out to evaluate the performance of the heat exchanger modelled in two different ways : full-scale and simplified. The pressure drop in the air side and gas side along with the overall heat transfer rate were calculated using a porous media model and the results were then compared to results obtained with a one-dimensional flow network model. The comparison between the results for two different geometries obtained using a porous media model and a one-dimensional flow network model shows good agreement between the simplified geometry and the one-dimensional flow network model. The full-scale geometry shows reasonable differences caused by the geometry such as sudden expansion and contraction.
For landfill monitoring and aftercare, long-term prognoses of emission and deformation behaviour are required. Landfills may be considered as heterogeneous porous soil-like structures, in which flow and transport processes of gases and liquids interact with local material degradation and mechanical deformation of the solid skeleton. Therefore, in the framework of continuous porous media mechanics a model is developed that permits the investigation of coupled mechanical, hydraulical and biochemical processes in municipal solid waste landfills.
본 연구는 다공성 구조물과의 파랑의 상호 작용을 수치모의하기 위한 비정수압 수치모형인 SWASH를 소개한다. 이 수치모형은 ${\sigma}$-좌표계에 Volume Averaged Reynolds Averaged Navier-Stokes(VARANS)을 지배방정식으로 다공성 매체에서의 유동을 계산한다. 다공성 매체에서의 유동을 고려하기 위해 사용된 경험적 저항 계수는 보정 작업이 필요하다. 본 연구에서는 수치모형에 사용된 경험적 저항 계수를 다공성 매체를 통과하는 댐 붕괴 실험과 다공성 구조물과 고립파의 상호 작용에 대한 실험을 이용하여 보정 및 검증하였다. 실험 결과와 수치실험 결과는 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. 또한 비정수압 수치모형인 SWASH가 VOF 접근법을 기반으로 하는 3차원 다공성 유동 모델보다 계산상 훨씬 더 효율적이라는 것이 확인되었다.
Numerical analyses were performed to investigate the characteristics of regenerator in oscillating flow by using moving boundary method and Darcy model. In this work, periodic adiabatic boundary condition was suggested as the boundary condition of adiabatic part so that the effects of the thermal inertia of the wall could be considered. In carrying out numerical analyses, two models were applied and compared. One called isotropic model has the same thermal conductivity in radial and axial directions within a porous media. The other called aeolotropic model has different conductivity in each directions. Isotropic model could not show the advantage of energy reduction which needs to maintain constant wall temperature difference between heater and cooler. But aeolotropic model could simulate the reduction of energy consumption.
The distributions of mass flow rate and pressure are major factors to deside the performance of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). These factors are affected by channel configuration of air plate. In this paper. structural analysis is performed to investigate deformation of porous media. Two kind of models are suggest for flow analyses. Deformed porous media and undeformed porous media are considered for air plate model. The Numerical flow analysis results with deformed porous media and undeformed porous media had some discrepancy in pressure distribution. The pressure and velocity in a working condition are numerically calculated to predict the performance of the air plates. Distributions of the parameters in the PEMFC are analyzed numerically under steady-state conditions.
Generally, thermal analysis of spent fuel storage cask has been conducted using the porous media and effective thermal conductivity model to simplify the structural complexity of spent fuel assemblies. As the fuel assembly is composed of two regions; active fuel region corresponding to UO2 pellets and unactive fuel region corresponding to the top and bottom nozzle, the heat transfer performance can be influenced depending on porous media application at these regions. In this study, numerical analysis on concrete storage cask of spent fuel was performed to investigate heat transfer effects for two cases; one was porous media application only to active fuel region(case 1) and the other one was porous media to whole length of fuel assembly(case 2). Using computational fluid dynamics code, the three dimensional, 1/4 symmetry model was constructed. For two cases, maximum temperatures for each component were evaluated below the allowable limits. For the case 1, maximum temperatures for fuel cladding, neutron absorber and baskets inside the canister were slightly higher than those for the case 2. In particular, even though the helium flows with low velocity due to buoyant forces occurred at the top and bottom of unactive fuel region, treating only active fuel region as the porous media was ineffective in respect of the heat removal performance of concrete storage cask, implying a conservative result.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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