مدل‌سازي رياضي و حل انتقال حرارت جابجايي اجباري در چاه حرارتي فوم فلزي متخلخل پره دار

كارشناسي ‌ارشد

در اين مطالعه، بر روي مسئله جريان و انتقال حرارت جابجايي اجباري در يك هيت سينك متخلخل كه با جت ضربه‌اي سيال خنك‌كننده، خنك مي‌شود مطالعه عددي صورت گرفته است. در ابتدا (مسئله اول) شرايط و فرضيات به‌گونه‌اي در نظر گرفته‌شده است كه معادله دارسي- برينكمن- فورچيمر براي جريان سيال و معادله تعادل حرارتي براي انتقال حرارت حاكم باشد. سپس در بخش ديگر ( مسئله دوم) با در نظر گرفتن اثرات ميدان مغناطيسي و استهلاك ويسكوز، مسئله اول توسعه‌يافته است. در مرحله بعد به‌منظور حل معادلات مشتقات جزئي حاكم بر مسئله از متغيرهاي تشابهي استفاده‌شده است و درنهايت اين معادلات، به معادلات ديفرانسيل معمولي غيرخطي تبديل‌شده است. و با استفاده از حلگر bvp4c به‌صورت عددي حل‌شده است. نتايج حاصل از حل تشابهي با استفاده از يك نرم افزار تجاري، اعتبار سنجي شده است. تطابق خوبي ميان نتايج بدست آمده از هر دو روش حل مشاهده ميشود. تأثير پارامترهاي مختلف مانند عدد دارسي، عدد رينولدز، نسبت ابعاد، عدد اكرت، عدد هارتمن، تخلخل، فاصله بي‌بعد از محور تقارن، ضريب درگ شكلي، كسر حجمي نانوسيال و توزيع سرعت سيال خنك‌كننده در ورودي هيت سينك بر روي مشخصه‌هاي جريان و انتقال حرارت موردبررسي قرارگرفته است. نتايج به‌دست‌آمده نشان مي‌دهد كه افزايش كسر حجمي نانوسيال، عدد رينولدز، عدد دارسي و كاهش تخلخل، عدد اكرت و نسبت ابعاد هيت سينك سبب افزايش نرخ انتقال حرارت از ديواره گرم مي‌شود. علاوه بر اين عدد هارتمن بسته به تخلخل محيط متخلخل تأثير مختلفي بر روي انتقال حرارت مي‌گذارد. به‌عبارت‌ديگر در تخلخل‌هاي كم سبب كاهش انتقال حرارت و در تخلخل‌هاي بالا سبب افزايش ميزان انتقال حرارت مي‌شود. همچنين از ديدگاه انتقال حرارت، استفاده از توزيع سرعت ورودي با شيب منفي (حالت اول)، بهترين توزيع سرعت است. افزايش كسر حجمي نانوسيال، سبب افزايش پروفيل سرعت و دماي بي بعد ميشود. علاوه‌براين، ضريب درگ شكلي تاثير ناچيزي بر روي پروفيل‌هاي سرعت و دماي بي بعد دارد. تخلخل تغييرات كمي را در ميدان جريان سيال مي‌كند اما تاثير قابل‌توجهي بر روي پروفيل دما دارد. ميدان مغناطيسي تاثير چشم‌گيري بر روي ميدان جريان دارد و بر خلاف تخلخل تاثير كمي بر روي پروفيل دما ندارد. در نظر گرفتن ترم استهلاك ويسكوز در معادله انرژي سبب مي‌شود تا كانتور توزيع دما افزايش يابد و گراديان دما بخصوص در نواحي دور از محور تقارن كاهش يابد.

191835

دانشگاه علم و صنعت ايران

مكانيك

دكتر مجيد سياوشي