اطروحة مقدمة إلى كلية الهندسة في جامعة بابل كجزء من متطلبات نيل شهادة الدكتوراه في الهندسة الميكانيكية . مقدمة من قبل الباحثة رفل حكمت حميد وبأشراف الأستاذ الدكتور عادل عباس علوان الموسوي وقد تناولت هذه الأطروحة دراسة ظاهرة تغير الطور خلال عمليتي الانجماد والانصهار للماء النقي, حيث ان الماء يمتلك خواص ومواصفات مختلفة وفريدة عن باقي المواد. حيث ان كثافة الماء في الحالة الصلبة اقل من كثافته في الحالة السائلة , وكذلك نقطة الانجمادة الانصهار للماء متساوية. تم عمل الموديلات الرياضية لغرض محاكاة عملية تغير الطور بالاعتماد على الزمن في معالجة السلوك الحراري لعمليتي الانجماد والانصهار. وقد تم تطوير هذه الموديلات الرياضية بالاعتماد على فرض شرط حدي متحرك مع الزمن داخل مقطع النموذج الاسطواني عند خط تغير الطور المفروض المفروض . وتجدر الاشارة هنا الى ان الخواص الحرارية والفيزيائية فرضت لكل طور على حدة اي خواص الطور الصلب تختلف عن خواص الطور السائل .
وضحت هذه الموديلات الرياضية التوزيع الحراري المكاني والزماني لدرجات الحرارة للطور السائل والصلب وكذلك لموقع تغير الطور نفسه خلال عملية الانجماد والانصهار بفرض ان الماء موجود داخل حيز لنموذج مغلق معزول من كل الاتجاهات حيث تم الاعتماد على انتقال الحرارة بالتوصيل خلال عملية تغير الطور من السائل الى الصلب في عملية الانجماد ومن الصلب الى السائل في عملية الانصهار.تم استخدام تقنية جديدة لتمثيل عملية الانصهار وباستخدام طريقتين من طرق CFD بحيث يتم حل الطور الصلب بطريقة (Crank-Nicolson) تم الانتقال الى طريقة اخرى هي Upstream (Wind ward) . لحل معادلة الطاقة في الطور السائل.تضمن البحث ايضا جانب عملي تم من خلاله تصميم وتصنيع النموذج العملي من قبل الباحث واستخدمت اجهزة متطورة لقياس درجة الحرارة والضغط خلال اختبار عملتي الانجماد والانصهار للماء . كذلك تم تصميم وتصنيع جهاز يدعى Cooling Rate Sensor Device لغرض قياس سرعة تغير الطور خلال عملية الانجماد والانصهار لعدم وجود جهاز لهذا الغرض.كذلك تم خلال عملية الانجماد والانصهار قياس الضغط المتكون نتيجة الانجماد بسبب تمدد الثلج داخل الفراغ المتروك في اعلى النموذج العملي (Rig ) وسجلت اعلى قيمة للضغط بمقدار 8.6 بار . اما خلال عملية الانصهار فأن الضغط يتراجع وتنخفض قيمته وقد سجل ادنى قيمة للضغط خلال عملية الانصهار 1.3 بار خلال فترة زمنية واحدة هي 450 دقيقة . تم اخذ صور لمراحل تكون الثلج خلال عملية الانصهار في ازمان مختارة ومختلفة . النتائج العملية لتوزيع درجات الحرارة خلال عمليتي الانجماد والانصهار اظهرت نتائج موثوقة ومقبولة وكانت متطابقة للنتائج النظرية التي تم التنبأ بها اضافة الى ان النتائج العملية برهنت الافتراضات النظرية لموقع خط تغير الطور وزمن حدوثه خلال عمليتي الانجماد والانصهار.
فرح حسين / اعلام كلية الهندسة
|