بررسی اثر مواد متخلخل بر جریان و انتقال حرارت در یک کانال سه بعدی با مقطع مثلث متساوی الاضلاع

تحقیقات در زمینه ی جریان سیال و انتقال حرارت در محیط های متخلخل در ده ه های اخیر مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. در این پژوهش یک مطالعه جامع عددی بر روی جریان سیال و انتقال حرارت در یک محیط سه بعدی از یک کانال متساوی الاضلاع مثلثی که بصورت کلی یا مقطعی با مواد متخلخل پر شده است، با در نظر گرفتن ضخامت های مختلفی از لایه متخلخل و اعداد دارسی متفاوت، صورت گرفته است. معادلات حاکم بر مسئله شامل معادله پیوستگی، معادلات اندازه حرکت و معادله انرژی به همراه شرایط مرزی مربوطه به روش حجم محدود با استفاده از الگوریتم مشهور سیمپل حل شده اند. به منظور شبکه بندی ناحیه محاسباتی، از مشهای شش وجهی سه بعدی استفاده شده و در نواحی حساس مانند نواحی نزدیک دیواره های کانال، سطح مشترک ناحیه متخلخل و ناحیه خالی و ورودی کانال که تغییرات بالای سرعت و دما وجود دارد، از مشها با کیفیت بالاتری نسبت به نواحی دیگراستفاده شدهاست. به منظور حصول اطمینان از درستی روش مدلسازی و حل، مقایسه ای با نتایج حاصل از تحقیقات آزمایشگاهی صورت گرفته و مطابقت خوبی مشاهده شده است. پس از آن تاثیر تغییر پارامترهای متفاوت در کانال مثلثی از لحاظ بهبود انتقال حرارت و افت فشار بررسی شده و مشاهده شده که سرعت سیال در محیط متخلخل در کانال مذکور نسبت به ناحیه سیال تمیز کمتر می باشد. همچنین مشاهده شده است که با افزایش ضخامت در لایه متخلخل در کانال مثلثی، اعداد ناسلت نیز بدلیل بالاتر بودن هدایت موثر مواد متخلخل افزایش پیدا می کنند و نیز با افزایش ضخامت لایه متخلخل، افت فشار در کانال مقطع مثلثی افزایش می یابد. همچنین ملاحظه گردیده که مقادیر ضریب اصطکاک با افزایش عدد دارسی، کاهش پیدا می کنند و معیار بهبود انتقال حرارت با افزایش عدد دارسی، افزایش پیدا می کند.

Keywords:

انتقال حرارت , کانال سه بعدی , متخلخل , دارسی , حل عددی