Αριθμητική διερεύνηση των πεδίων ροής και της μεταφοράς θερμότητας στη μικροκλίμακα των πορωδών υλικών

Abstract

Στην παρούσα διατριβή επιχειρείται η απευθείας τρισδιάστατη μοντελοποίηση της τοπολογίας πορωδών υλικών που παρουσιάζουν συντεταγμένη δομή και γεωμετρία με σκοπό τη διερεύνηση φαινομένων ροής αέρα και της μετάδοσης θερμότητας στο εσωτερικό τους. Στην ερευνητική προσπάθεια που γίνεται στα πλαίσια του έργου, εξετάζονται δύο διαφορετικά υλικά των οποίων η μικροδομή καθορίζει την μακροσκοπική τους συμπεριφορά και κατ’ επέκταση την απόδοσή τους στην ενεργειακή εφαρμογή στην οποία είναι ενταγμένα. Στόχος είναι να αναπτυχθεί αριθμητική μεθοδολογία που θα επιτρέπει την καλύτερη κατανόηση των θερμορευστομηχανικών φαινομένων που λαμβάνουν χώρα εντός των υλικών και που θα μπορεί να αξιοποιείται ως αριθμητικό εργαλείο σχεδιασμού και βελτιστοποίησης. Οι περιπτώσεις υλικών και αντίστοιχων ενεργειακών εφαρμογών που εξετάζονται είναι : η ροή μέσα από το ηλεκτρόδιο διάχυσης αερίου ‘Gas Diffusion Layer’ (GDL) μιας κυψέλης καυσίμου PEM (Proton Exchange Membrane) και η ροή αέρα μέσα από μεταλλικούς αφρούς υψηλού πορώδους που συνήθως χρησιμοποιούνται σε εναλλάκτες θερμότητας...