The mathematical modelling of heat transfer and fluid flow in cellular metallic foams
Date
2000-12
Authors
Fourie, Johan George
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: A mathematical model is presented which conceptualises fluid flow and heat transfer in
cellular metallic foams completely saturated with a fluid in motion. The model consists
of a set of elliptic partial differential governing equations describing, firstly, a momentum
balance in the fluid by the spatial distribution of its locally mean velocity, and secondly,
an energy balance in the fluid and in the solid matrix of the metallic foam, by the spatial
and temporal distribution of their locally mean temperatures. The separate energy
balance descriptions for the fluid and the solid matrix extend the application of the model
to conditions of thermal equilibrium and thermal non-equilibrium between the fluid and
the solid matrix. A computational solution algorithm is presented which allows the
universal application of the model to porous domains of arbitrary shape, with spatially
and temporally variable heat loads in a variety of forms.
AFRIKAANSE OPSOMMING: 'n Wiskundige model word voorgestel wat vloei en warmteoordrag voorspel in sellulêre metaalsponse wat in geheel gevul is deur 'n bewegende vloeier. Die vloeier kan in gasof vloeistoffase verkeer. Die model bestaan uit 'n stel elliptiese parsiële differensiaalvergelykings wat in die eerste plek 'n momentum-ewewig in die vloeier beskryf in terme van 'n ruimtelike, lokaal-gemiddelde snelheidsveld, en wat tweedens 'n energie-ewewig in die vloeier en in die soliede matriks van die metaalspons beskryf in terme van ruimtelike en tydelike lokaal-gemiddelde temperatuur verspreidings. Die aparte energie-ewewig beskrywings vir die vloeier en vir die soliede matriks van die metaalspons brei die aanwending van die model uit na gevalle waar die vloeier en die soliede matriks in termiese ewewig of in termiese onewewig verkeer. 'n Numeriese oplossingsalgoritme word ook voorgestel vir die universele toepassing van die model op ruimtelik-arbitrêre metaalspons geometrië wat onderwerp word aan 'n aantal verskillende ruimtelik-en tydveranderlike termiese laste.
AFRIKAANSE OPSOMMING: 'n Wiskundige model word voorgestel wat vloei en warmteoordrag voorspel in sellulêre metaalsponse wat in geheel gevul is deur 'n bewegende vloeier. Die vloeier kan in gasof vloeistoffase verkeer. Die model bestaan uit 'n stel elliptiese parsiële differensiaalvergelykings wat in die eerste plek 'n momentum-ewewig in die vloeier beskryf in terme van 'n ruimtelike, lokaal-gemiddelde snelheidsveld, en wat tweedens 'n energie-ewewig in die vloeier en in die soliede matriks van die metaalspons beskryf in terme van ruimtelike en tydelike lokaal-gemiddelde temperatuur verspreidings. Die aparte energie-ewewig beskrywings vir die vloeier en vir die soliede matriks van die metaalspons brei die aanwending van die model uit na gevalle waar die vloeier en die soliede matriks in termiese ewewig of in termiese onewewig verkeer. 'n Numeriese oplossingsalgoritme word ook voorgestel vir die universele toepassing van die model op ruimtelik-arbitrêre metaalspons geometrië wat onderwerp word aan 'n aantal verskillende ruimtelik-en tydveranderlike termiese laste.
Description
Dissertation (PhD)--University of Stellenbosch, 2000.
Keywords
Metal foams, Heat -- Transmission -- Mathematical models, Fluid dynamics -- Mathematical models, Dissertations -- Chemical engineering, Theses -- Chemical engineering