شبیه سازی تجربی وعددی انتقال کوپل حرارت و آب در محیط متخلخل خاک

علم انتقال حرارت یکی از مهم ترین و پرکاربردترین علوم مهندسی است. محیط متخلخل به خاطر ساختار خود، سطح انتقال حرارت بزرگی را در یک حجم مشخص فراهم می کند ازاین رو بررسی انتقال حرارت در محیط متخلخل خاک به خاطر اهمیت در لایه های زیرین خاک و جذب آب و ریشه در سال های اخیر مورد توجه قرارگرفته است. در این مطالعه، انتقال کوپل حرارت و آب در محیط متخلخل خاک که انتقال حرارت به طریق همرفت با استفاده از ترموگراف (IRT) و در شرایط آزمایشگاهی بررسی شد، آزمایش ها در مدل فیزیکی ساخته شده در گروه فنی و مهندسی دانشگاه شهر پادوا۵ در کشور ایتالیا انجام گرفت. آنالیز عددی بر اساس تفاضلات محدود و معادله انتقال حرارت در محیط متخلخل و با استفاده از مدل کومسول صورت گرفت. اندازه گیری درجه حرارت در محیط متخلخل اشباع شده از شن با استفاده از ترموکوپل و در نقاط تعیین شده محیط و در کوپل­های مختلف حرارت و دبی جریان آب (q۱,q۲,T۱,T۲,T۳,T۴,T۵) انجام شد. مقایسه نتایج تجربی و عددی نشان می دهد که مدل کامسول با دقت زیادی انتقال کوپل حرارت و آب و نیز پخشیدگی سطحی حرارت را در محیط متخلل خاک شبیه سازی می کند. در انتقال کوپل حرارت و آب در محیط متخلخل در مقدار جریان آب بیش­تر، زمان کم­تری برای رسیدن به حالت پایدار سپری می شود. نتایج تجربی نشان داد که در انتقال کوپل حرارت و آب، دیفیوژن طولی پروفیل حرارت در محیط متخلخل با افزایش حرارت بیش­تر خواهد شد. هرچه مقدار دبی جریان آب بیش­تر باشد دیفیوژن طولی پروفیل حرارت در طول محیط نیز کم­تر خواهد بود (دیفیوژن طولی پروفیل حرارت کوپل q۲T۴ بیش­تر از کوپل q۱T۴نشان داده شد). هرچه درجه حرارت بیش­تر شود زمان توسعه یافتگی پروفیل حرارت و رسیدن به حالت پایدار در محیط متخلخل افزایش می یابد. با ثابت ماندن مقدار جریان و افزایش دما، زمان توسعه یافتگی پروفیل حرارت برای رسیدن به حالت پایدار در طول محیط متخلخل و در فواصل طولی تعیین شده کاهش می یابد.

Keywords:

انتقال حرارت , کوپل انتقال آب و حرارت , محیط متخلخل , همرفت-مدل کمسول