MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798291569115
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■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham006236
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621
■1001  ▼aLi,  Bingjia.
■24510▼aModeling  Radiative  Transport  and  Heat  Transfer  in  Multiphase  Media
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a245  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Bala  Chandran,  Rohini.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2025.
■520    ▼aMultiphase  media  involving  solid  particles  and  a  gas  phase  have  crucial  applications,  such  as  static  packed  beds  of  particles  in  chemical  and  nuclear  reactors  and  flowing  ceramic  particles  as  heat  transfer  and  thermal  storage  media.  For  applications  involving  high  temperatures  and/or  systems  where  there  are  interactions  between  a  radiation  source  (e.g.,  sunlight)  and  multiphase  medium,  radiative  transport  becomes  important.  The  primary  objectives  of  this  thesis  are  to  enhance  the  understanding  of  radiative  transport  and  heat  transfer  behavior  in  both  static  multiphase  media  such  as  packed  beds,  and  multiphase  particular  flows.With  an  initial  focus  on  static  packed  beds,  the  goal  is  to  determine  the  influences  of  spatial  arrangements  of  solid  particles,  in  addition  to  size  and  solid  volume  fraction,  on  radiative  transport.  For  large  particles  relative  to  characteristic  wavelength,  independent  scattering  theory  is  traditionally  assumed  to  obtain  effective  radiative  properties.  However,  there  is  limited  knowledge  on  the  influence  of  effects  of  spatial  distributions  of  large  particles  on  radiative  transport.  Monte  Carlo  ray  tracing  simulations  are  performed  for  packed  beds  of  particles  with  varying  spatial  distributions  and  solid  volume  fractions.  Model  results  demonstrate  the  dependency  of  radiative  transport  on  the  spatial  distributions  even  for  a  fixed  solid  volume  fraction  and  in  developing  correlations  between  radiative  transmittance  and  a  statistical  index  to  quantify  the  spatial  distributions.For  multiphase  flows  with  solid  particles,  the  primary  focus  of  this  dissertation  is  to  develop  coupled  models  for  particle  flow  and  heat  transfer  including  radiation.  Discrete  element  method  simulations  are  performed  to  track  the  motion  of  individual  particles  while  accounting  for  multimode  heat  transfer,  including  conduction  in  solid  and  fluid  phases,  and  radiation.  An  iterative  approach  compatible  with  the  discrete  element  method  simulations  is  implemented  to  parallelize  radiative  flux  calculations,  which  reduces  computational  time  by  98%  for  a  flowing  system  with  100,000  particles.  To  isolate  influences  of  flow  regimes,  channel-averaged  heat  transfer  coefficients  are  obtained  in  isothermal  channels  with  particle  plug  flows  with  solid  volume  fractions  of  0.02  -  0.48  and  a  near-constant  velocity.  Results  demonstrate  that  while  the  overall  and  conductive  heat  transfer  coefficients  increases  with  solid  volume  fraction  because  of  more  direct  contacts  between  particles,  the  effectiveness  of  radiative  heat  transfer  decreases  due  to  the  shading  effects  from  neighboring  particles.  To  further  broaden  applicability  of  model  results,  simulations  are  performed  for  gravity-driven,  dense  granular  flows  (solid  volume  fraction:  0.56  -  0.67)  for  selected  combinations  of  varying  channel  geometries  (length:  0.1  -  0.5  m,  width:  5  -  8  mm),  particle  size  (0.2  -  0.8  mm),  and  thermophysical  properties  of  bulk  conductivity  (0.05  -  5  W/m/K)  and  static  and  rolling  friction  coefficients.  These  results  are  cast  in  the  form  of  new  Nusselt  number  correlations.  Results  demonstrate  that  with  particle  size  increasing  from  0.3  to  0.8  mm,  the  overall  heat  transfer  coefficient  decreases  by  35%  but  the  radiative  heat  transfer  enhances  by  3  times.  Increasing  particle-particle  static  friction  decreases  mass  flow  rate  and  solid  volume  fraction,  reducing  heat  transfer  performance.  Notably,  model-informed  correlations  are  more  adept  in  capturing  the  influences  of  a  wide  range  of  parameters  and  demonstrate  a  reasonable  match  with  reported  experimental  data  within  a  relative  deviation  of  25%.The  main  contributions  of  this  dissertation  are  to  develop  predictive  modeling  capabilities  to  couple  particle  flow  and  heat  transfer  including  radiation  to  both  provide  mechanistic  insights  and  quantitatively  determine  heat  transfer  performance  for  dense  moving  beds.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aMechanical  engineering
■650  4▼aThermodynamics
■653    ▼aDiscrete  element  method
■653    ▼aMonte  Carlo  ray  tracing
■653    ▼aRadiative  heat  transfer
■653    ▼aGranular  flow
■653    ▼aSpatial  statistics
■653    ▼aSolid  volume  fraction
■690    ▼a0548
■690    ▼a0543
■690    ▼a0348
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bMechanical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-03B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359944▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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