Document
Some analytical investigations of viscous incompressible flows in the presence of porous media
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2012
Language
English
English abstract
This project is concerned with theoretical investigations of coupled viscous incompressible flows in the presence of porous media or the flows that take place entirely in a porous medium. Such flows have been the subject of extensive investigation in the literature during last several decades apparently due to practical applications in a number of disciplines related to engineering and technology. Several transport models such as classical Darcy law, Brinkman-extended Darcy model, Forchheimer-extended Darcy model, have been generally used to describe flow in a porous medium, together with a host of matching conditions at one or more interfaces. Three different basic flow problems, both steady and unsteady, including heat transfer aspects, have been investigated in the project. They are related to either type of the above mentioned flows. In the first problem, unsteady simultaneous flows of two immiscible fluids over a porous bed of finite thickness and caused by the oscillations, in its own plane, of the rigid plate bounding the porous medium has been studied. In the second problem, steady flow and heat transfer aspects have been investigated for the Poiseuille flow of two immiscible fluids in a straight channel bounded below and above by porous media of different permeability. The last problem considers steady mixed convection, subject to Boussinesq approximation, in a porous vertical channel saturated with a single fluid. Using suitable porous media models, exact solutions of the governing momentum and energy equations for each flow problem, subject to an appropriate set of boundary and, where applicable, matching conditions, have been obtained. In order to showcase the effects of a host of non-dimensional governing parameters that arise during the analysis, plots of flow variables such as velocity, temperature have been exhibited and discussed in a number of cases of interest. Some results from the literature have also been extended.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
يعني هذا المشروع بدراسة تحليلية للتدفقات المزدوجة اللزجة غير القابلة للضغط في وجود اوساط مسامية أو تلك التدفقات التي تحدث بشكل كلي في وسط مسامي. ونظرا لما تتميز به مثل هذه التدفقات من تطبيقات واسعة في العديد من المجالات المتعلقة بالهندسة والتكنولوجيا، فقد تم تناولها بشكل موسع في الدراسات السابقة خلال العقود الأخيرة؛ حيث تم استخدام نماذج رياضية متنوعة لدراسة حركة التدفقات في الأوساط المسامية والتي تخضع لشروط حدودية وشروط مقاربة مناسبة عند الأسطح البينية. ومن هذه النماذج، على سبيل المثال، ما يعرف بنموذج "دارسي"، ونموذج "برنكمان" المشتق من نموذج "دراسي"، ونموذج "فورشيمر" المشتق من نموذج "دراسي".
في هذا المشروع، تم دراسة ثلاث أنواع أساسية من التدفقات المذكورة أعلاه، سواء كانت هذه التدفقات منتظمة أو غير منتظمة، مع الأخذ في عين الاعتبار عملية الانتقال الحراري التي تصاحب تلك التدفقات. حيث قمنا أولا بدراسة تدفقات متزامنة غير منتظمة فوق طبقة مسامية محدودة السمك السائلين غير قابلين للامتزاج ؛ حيث أن التدفق يحدث بسبب الحركة الاهتزازية للسطح الصلب الذي يحيط بالطبقة المسامية. وبعدها تم دراسة تدفق منتظم يعرف بتدفق "بويسول" السائلين غير قابلين للامتزاج في قناة مستقيمة محدودة من الأعلى والأسفل بطبقتين مساميتين مختلفتي النفاذية، كما تم دراسة الانتقال الحراري المصاحب لهذا التدفق. وأخيرا، تم دراسة تدفق منتظم نتيجة لحمل حراري متنوع في قناة مسامية عمودية مشبعة بسائل أحادي. وقد تم إيجاد الحلول التامة لمعادلتي الزخم والطاقة لكل من التدفقات المذكورة باستخدام نماذج رياضية مناسبة للتدفقات في الأوساط المسامية وباستخدام شروط حدودية وشروط مقاربة مناسبة عند الأسطح البينية إن وجدت. كما تم عرض ومناقشة منحنيات بعض المتغيرات الفيزيائية للتدفقات مثل السرعة والحرارة وذلك لدراسة مدى تأثرها ببعض القيم المتغيرة التي ظهرت خلال الدراسة التحليلية للنماذج الرياضية المستخدمة. وفي هذا البحث ايضا تم توسيع بعض نتائج الدراسات السابقة في هذا المجال.
في هذا المشروع، تم دراسة ثلاث أنواع أساسية من التدفقات المذكورة أعلاه، سواء كانت هذه التدفقات منتظمة أو غير منتظمة، مع الأخذ في عين الاعتبار عملية الانتقال الحراري التي تصاحب تلك التدفقات. حيث قمنا أولا بدراسة تدفقات متزامنة غير منتظمة فوق طبقة مسامية محدودة السمك السائلين غير قابلين للامتزاج ؛ حيث أن التدفق يحدث بسبب الحركة الاهتزازية للسطح الصلب الذي يحيط بالطبقة المسامية. وبعدها تم دراسة تدفق منتظم يعرف بتدفق "بويسول" السائلين غير قابلين للامتزاج في قناة مستقيمة محدودة من الأعلى والأسفل بطبقتين مساميتين مختلفتي النفاذية، كما تم دراسة الانتقال الحراري المصاحب لهذا التدفق. وأخيرا، تم دراسة تدفق منتظم نتيجة لحمل حراري متنوع في قناة مسامية عمودية مشبعة بسائل أحادي. وقد تم إيجاد الحلول التامة لمعادلتي الزخم والطاقة لكل من التدفقات المذكورة باستخدام نماذج رياضية مناسبة للتدفقات في الأوساط المسامية وباستخدام شروط حدودية وشروط مقاربة مناسبة عند الأسطح البينية إن وجدت. كما تم عرض ومناقشة منحنيات بعض المتغيرات الفيزيائية للتدفقات مثل السرعة والحرارة وذلك لدراسة مدى تأثرها ببعض القيم المتغيرة التي ظهرت خلال الدراسة التحليلية للنماذج الرياضية المستخدمة. وفي هذا البحث ايضا تم توسيع بعض نتائج الدراسات السابقة في هذا المجال.
Category
Theses and Dissertations