جرت يوم الاحد المصادف 30/4/2023 في قاعة د. منذر الدروبي في قسم الهندسة الميكانيكية مناقشة رسالة الماجستير للطالبة أسماء سفيان عبد الواحد والموسومة :
“ دراسة الحمل الحر في حيّز مكعب مملوء جزئياَ بوسط مسامي“
وتألفت لجنة المناقشة من الذوات المدرجة اسمائهم ادناه:
ا.م. د . وسام هاشم خليل – جامعة الانبار/ مركز بحوث الطاقة المتجددة– رئيسا
أ. م. د . جاسم محمد مهدي – جامعة بغداد/ كلية الهندسة/ قسم هندسة الطاقة – عضوا
م. د. رائد كاطع صيهود – جامعة بغداد/ كلية الهندسة/ قسم الهندسة الميكانيكية – عضوا
أ.م.د. لمى فاضل علي – جامعة بغداد/ كلية الهندسة/ قسم الهندسة الميكانيكية – مشرفا
ملخص الإطروحة:
أجريت محاكاة عددية ومختبرية للجريان المتدفق بواسطة قوة الطفو ولانتقال الحرارة ثنائيي البعد في حيز مغلق مملوء جزئيًا بمادة مسامية محكوم بتبريد متناظر من الجانب وتسخين بفيض حراري منتظم من الأسفل مع عزل حراري عند السطح العلوي. وتضمّنت الدراسة استعمال الرغوة المعدنية النحاسية لتحسين انتقال الحرارة في الحيز المغلق. وجرت محاكاة الطريقة العددية باستعمال قوانين الحفظ الثلاثة، وهي الاستمرارية والزخم والطاقة. أمّا للوسط المسامي، فقد أضيفت قوانين دارسي – برنكمان إلى معادلات الزخم. كما استعملت طريقة العناصر المحدودة (Finite Element Method) لاستخلاص حل حقل الجريان، وقد تمّ ذلك في برنامج حاسوبي تجاري (COMSOL Multiphysics 5.5a®). إنّ أبرز المعاملات التي اختُبِرت هي سمك طبقة الرغوة النحاسية (طبقة بسمك 0.2 م، وأخرى بسمك 0.1 م، وثلاث أخريات بسمك 0.03 م)، وارتفاع الرغوة النحاسية (0.01 و0.05، و0.1، و0.15 م)، و الفيض الحراري الثابت (200، و400، و600، و800 واط/م2)، وطول السخّان (0.2 و0.1 م). وقد عُرضت النتائج على شكل خطوط (جريان) انسيابية، وخطوط حرارة متساوية، وتوزيع درجات الحرارة، وأرقام نسلت الموقعي والمتوسط. أما جهاز الاختبار فقد صُنع لدراسة تأثير الجريان المتأثر بقوة الطفو وانتقال الحرارة في حيز مكعّب رصّت داخله- أفقيا وجزئيا- طبقات من صفائح الرغوة المعدنية. واعتمدت المعاملات والشروط الحدودية نفسها التي اعتمدت في الطريقة العددية، سوى أنّ سمك واحد فقط قد استعمل وهو (Lp) يساوي 0.05L. وعُرضت النتائج بشكل توزيع درجات الحرارة وأرقام نسلت. وبحسب النتائج فإنّ وضع طبقات الرغوة المعدنية له تأثير إيجابي على خصائص انتقال الحرارة، وذلك بتحسين ظاهرة الحمل الحراري الطبيعي. وتبيّن أنّ استعمال طبقات الرغوة المعدنية الثلاثة ذات السمك (Wp) الذي يساوي 0.03 م يؤدي إلى أحسن تركيز للحمل الحراري، إذ كانت أعلى سرعة ناتجة تساوي 0.25 م/ثانية. وإنّ زيادة عدد رايلي- أو الفيض الحراري المنتظم – زادت أرقام نسلت الموقعي لطولي السخّان كليهما. وتبيّن أنّ استعمال (Lp= 0.05L) يؤدي إلى تحسين أرقام نسلت الموقعية بنسبة 85.3% إذا ما قورن بـ (Lp= 0.75L) وذلك عند قيمة فيض حراري800 واط/م2. وكذلك فإنّ لرقم نسلت الموقعي أحسن تأثير في حالات الزعانف الثلاث. إذ زادت أرقام نسلت الموقعي بنسبة 99.6% و99.8% عند استعمال (Wp= 0.03 m) مقارنة بـ (Wp= 0.02 m) و(Wp= 0.01 m) على التوالي وذلك عند قيم المتغيرات التالية: Lp= 0.5L وq”= 400 W/m وζ= 0.2 m. إضافة إلى ذلك، زادت أرقام نسلت المتوسطة لترتيب الرغوة المعدنية المذكور بنسبة 98% و91% مقارنة بالسمك (Wp = 0.2 m) و(Wp = 0.1 m) على التوالي. وكذلك وجد أن أعلى درجات حرارة تُحصّل باستعمال الطول الأكبر للسخّان، حيث انّ أعلى درجة حرارة لوحظت في كتلة الرغوة المعدنية كانت أعلى من حالة استعمال نصف طول السخان عند (Wp= 0.1 m) بنسبة 3%. وبينت النتائج المختبرية أن أفضل توزيع حراري هو عند 800 واط/م2. ولوحظت زيادة عند عرض ( Wp = 0.1 m) بنسبة 19.8% و36.9% مقارنة بـ (Wp= 0.2 m) و((Wp = 0.03 m على التوالي عند (ζ = 0.2 m). أما عند (ζ = 0.1 m) فزادت (Wp = 0.1 m) عن (Wp = 0.2 m) بنسبة 23.5%. وكذلك لوحظت زيادة بنسبة 30.7% عند استعمال (ζ = 0.2 m) مقارنة بـ (ζ = 0.1m). وأخيرًا، تبيّن أن إضافة الزعانف الثلاث كانت الحالة الأفضل من بين الحالات الاخرى من ناحية الكلفة؛ لأنّها ولّدت أقصى معدّل انتقال حراري باستعمال أقل كمية من المادة. حيث ان هذا الاستنتاج قد يكون نافعًا في التطبيقات التي تتطلب كمية مادة قليلة ومواصفات عالية بكلف أقل.
وبعد المناقشات العلمية من قبل اعضاء لجنة المناقشة لمحتويات الرسالة بشكل معمق وابداء ملاحظاتهم وتوجيهاتهم والدفاع من قبل الطالب, تم قبول الرسالة ومنح الطالب درجة الماجستير في علوم الهندسة الميكانيكية بتقدير أمتياز. وفي هذه المناسبة لا يسعنا الا ان نقدم شكرنا للطالبة أسماء سفيان عبد الواحد لما بذلته من جهود متميزة طيلة فترة الدراسة متمنين لها دوام النجاح والتوفيق . كما نشكرالمشرف والأساتذة الأفاضل أعضاء لجنة المناقشة لما بذلوه من جهد حثيث ومتميز بما يليق تقديم الرسالة بافضل صورة وبما يتوافق مع المستوى العلمي المقدم والمبذول من قبل أساتذة قسم الهندسة الميكانيكية.
