Η ροή ρευστών και τα φαινόμενα μεταφοράς μάζας και ενέργειας διαδραματίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην ανθρώπινη ζωή και αποτελούν σημαντικό επιστημονικό πεδίο στο οποίο διεξάγεται συστηματική έρευνα. Η ανάγκη για την καλύτερη κατανόηση για την πρόβλεψη και για τον έλεγχο των φαινομένων μεταφοράς είναι απαραίτητη, κυρίως για βιομηχανικές εφαρμογές (αεροδυναμική, εξόρυξη πετρελαίου και φυσικού αερίου, εναλλάκτες θερμότητας, αντιδραστήρες, κλπ). Η δυσκολία ανάλυσης αυτών των πολύπλοκων φαινομένων και η ανάγκη εξεύρεσης τρόπων αντιμετώπισης της αποτελεί μια πολύ ενδιαφέρουσα πτυχή τόσο για τις βιομηχανικές όσο και για τις τεχνολογικές ερευνητικές κοινότητες.
Επειδή ο πειραματισμός δεν είναι πάντοτε εύκολος, μπορεί να γίνει αναλυτική ή υπολογιστική προσομοίωση των φαινομένων χρησιμοποιώντας ως μέσο υπολογισμού ένα μαθηματικό μοντέλο. Ένα τέτοιο μοντέλο αποτελείται από πολλές διαφορικές ή / και αλγεβρικές εξισώσεις που καθιστούν δυνατή την περιγραφή των φαινομένων, αλλά και την πρόβλεψη για το πώς εξελίσσονται και αλληλοεπιδρούν (οι ποσότητες) μεταξύ τους. Αυτά τα μοντέλα βασίζονται στις θεμελιώδεις αρχές όπως η διατήρηση της μάζας, της ορμής και της ενέργειας.
Συνολικά, στην παρούσα διατριβή μελετήθηκαν και αναλύθηκαν τα φαινόμενα μεταφοράς και δείχθηκε ότι η χρήση της προσομοίωσης μέσω εξελιγμένων μαθηματικών μοντέλων μπορεί να μιμηθεί αποτελεσματικά τη συμπεριφορά της διαδικασίας ή του συστήματος με την πάροδο του χρόνου, εφόσον τροφοδοτηθεί με τα σωστά δεδομένα. Η προσομοίωση χρησιμοποιήθηκε και κατέστη σαφές ότι μπορεί να περιγράψει, να αναλύσει και να προβλέψει τη συμπεριφορά ενός συστήματος. Η χρήση μοντέλων μπορεί να αποτελέσει σημαντική βοήθεια στο σχεδιασμό πραγματικών συστημάτων, βελτιστοποιώντας την απόδοσή τους εξαρχής και μειώνοντας το κόστος αλλά και τον χρόνο σχεδιασμού. Σε αυτό το πλαίσιο, ένας από τους στόχους της παρούσας διατριβής είναι η δημιουργία και περιγραφή μιας εύκολης και γρήγορης μεθόδου προσομοίωσης των διαφόρων φαινομένων μεταφοράς σε συστήματα που δεν έχουν εξεταστεί στο παρελθόν. Για να επιτευχθεί αυτό έγινε η απαραίτητη μαθηματική περιγραφή και η εφαρμογή και επαλήθευση των αποτελεσμάτων της μεθόδου σε συτήματα διαφορετικών κλιμάκων. Έτσι, έγινε εφικτή η περιγραφή κανονων μετασχηματισμού των παραμέτρων και των εκφράσεών τους όταν αλλάζει η κλίμακα του συστήματος είτε προς τα πάνω είτε προς τα κάτω.
(EL)
The main aim of the work of this PhD was to investigate the need and the applicability of a fast and easy method in order to define quantities when transport phenomena are under investigation. The outcome of this work is the proposal to go beyond the consideration of the diffusion process as being the single mechanism to describe the migration from packaging to foodstuffs, but rather to incorporate more complicated phenomena (sorption, surface reactions, etc.) to overcome the above‐mentioned discrepancies.
Overall, in the present thesis the transport phenomena, were analytically studied from modelling point of view and it was proved that the use of simulation with a computerized mathematical model imitates the behavior of a real-world process or system over time. Simulations are used to describe and analyze the behavior of a system when asking "what-if" questions about real-life systems. Furthermore, mathematical models could be very helpful tools for designing artificial systems, while the easy and quick description of phenomena occurring in porous media could be feasible.
(EL)
Πανεπιστήμιο Πατρών
