مطالعه جریان سیال در محیطهای متخلخل یکی از پرکاربردترین زمینه های علوم است. شاید ملموس ترین مثال یک محیط متخلخل بافت های مختلف بدن باشد. پوست، استخوان، کلیه و ریه را میتوان محیط متخلخل در نظر گرفت. موضوع اصلی رشته های زمینشناسی، خاکشناسی، مهندسی آب، مهندسی مخازن نفت و گاز نیز مطالعه پدیدههای انتقال مختلف در محیطهای متخلخل است. این محیط ها همچنین کاربردهای گستردهای در صنایع متنوعی همچون مواد غذایی، چوب، نساجی، مصالح ساختمانی، عایقها، فیلترها و غشاها دارند.
اولین منبعی که از محیطهای متخلخل در اختیار است مربوط به آقای راینهارد ولتمن است که این محیط ها را مطرح کرد و سپس دارسی معادله اولیه و ابتدایی برای جریان آرام در رینولدزهای پایین را برای این محیطها پیشنهاد نمود. محیطهای متخلخل بررسی شده توسط این محققان عمدتا محیطهای باز بودند به طوریکه سیال قادر به جریان از یک سمت و عبور به سمت دیگر بود. محیطهای متخلخل بسته همچنین به دلیل کاربردهای خاص به عنوان عایق انتقال حرارت توسط بسیاری از محققان مورد بررسی قرار گرفتند. این تحقیقات توجه زیادی در سالهای اخیر به دلیل کاهش روزافزون منابع انرژی و ضرورت بهینه مصرف انرژی یافته است. کاهش مصرف انرژی با استفاده از عایقهای حرارتی متخلخل سبب کاهش قابل توجهی در انتقال حرارت بهدلیل ضریب انتقال حرارت بسیار پایین هوا میشود. استفاده از چنین عایقهایی به منظور جلوگیری از اتلاف انرژی در واحدهایی با بیشترین اختلاف دمای محیط در دو سمت همانند کورههای واحد الفین پتروشیمی که دمای درون محفظه احتراق آن با محیط بیرون حدود oC 1100 اختلاف دارد بسیار حائز اهمیت است. کوره های واحد الفین یک نوع راکتور شکست مولکولی توسط بخار هستند. واکنش انجام شونده در این کوره بسیار گرماگیر است و دما را در محیط تشعشعی کوره تا ۹۰% جذب میکند که این امر نیازمند عایق مناسب برای دیوارهها بهمنظور جلوگیری از اتلاف انرژی و بهبود کارایی فرایند میباشد. از این رو شناخت دقیق مساله جهت کاستن هزینهها در هنگام طراحی و توسعه طراحی سامانه عایقی کارامد و مطالعه عمیق تر برروی این گونه محیط ها نیازمند ارائه یک مدل دقیق از انتقال حرارت در محیط های متخلخل است. رسیدن به مدلی با مکانیزمی دقیق که قادر باشد تمامی فاکتورهای مهم را در برگیرد کاری مشکل و نیاز به شناخت دقیق مساله دارد. تاکنون اکثر مدلهای ریاضی با فرضهای ساده کننده همانند عدم لحاظ شکل و توزیع حفرهها توسعه یافتهاند. در این تحقیق دستیابی به یک مدل جامع ریاضی از این نوع محیط ها با تحلیل ریاضی و تایید مدل با استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی توصیف کننده انتقال حرارت از چنین محیط ها مورد بررسی قرار گرفته است.
