Transport ciepła i zagadnienia odwrotne; wybrane przykłady w geometrii jedno- i trójwymiarowej

Heat transport phenomena in the framework of continuum media mechanics is presented. Equations for conservation laws and finite volume numerical method based on these equations are discussed. This method is the foundation of the FLUENT computational fluid dynamics (CFD) package which was used for calculations of the temperature distribution in several examples: steady and evolutional states for single and multiphase systems. Comparison with analytical solutions was carried out. This allows verification of the FLUENT results for various boundary conditions. Independent procedure based on the method of lines was applied for 1D cases and compared with FLUENT and/or analytical results. Formulation of a special type inverse problem for heat equation was given. Analytical solution of the steady-state inverse problem in 1D geometry was developed. Analogues case for 3D geometry was tested using FLUENT. This led to the optimization problem with clear and well defined optimum. This result suggests that in similar but more general inverse problems global optimum may exist which justifies the inverse problem methodology.Zaprezentowano zjawiska transportu ciepła w kontekście mechaniki ośrodków ciągłych. Omówiono równania wyrażające prawa zachowania oraz metodę numeryczną objętości skończonych bazującą na tych prawach. Metoda ta będaca podstawa pakietu FLUENT, który służy do obliczeń w dynamice płynów (CFD, compuational fluid dynamics) została użyta do symulacji rozkładu temperatury w kilku przykładach ilustrujących stany ewolucyjne i stacjonarne dla jedno- i wielo-fazowych układów. Przeprowadzono porównanie z wybranymi rozwiązaniami analitycznymi. Pozwoliło to na weryfikacje wyników z FLUENT-a dla różnych warunków brzegowych. Niezależna procedura oparta o metodę linii dla przypadku jednowymiarowego została wykorzystana do porównania z wynikami z FLUENT-a oraz wynikami analitycznymi. Sformułowano pewien specjalny przypadek zagadnienia odwrotnego dla równania ciepła i przedstawiono jego analityczne rozwiązanie. Analogiczny przypadek w geometrii trójwymiarowej przetestowano numerycznie z użyciem FLUENT-a. Prowadzi to do problemu optymalizacji z dobrze określonym minimum globalnym. Wynik ten sugeruje, że w podobnych, ale bardziej ogólnych zagadnieniach odwrotnych może istnieć optimum, co usprawiedliwia metodologie zagadnienia odwrotnego w takich sytuacjach

Functional Starch Based Carbon Aerogels for Energy Applications

AbstractNanoporous carbon aerogels were synthesized by the carbonization of organic aerogels, derived from a sol-gel polymerization using various types of starch and followed by an ambient pressure drying. Optimal conditions for pyrolysis of organic aerogels were determined by TG/DTG/SDTA analysis. The structure and the morphology of the prepared carbon aerogels were investigated using XRD and N2-BET measurements respectively. Electrical properties of the obtained aerogels were examined by EC studies. Prepared carbon materials revealed high surface area and good electrical conductivity. Thus, one can say that carbon aerogels exhibit potential as new materials for energy applications (eg. supercapacitors, Li-ion batteries, etc.)