بررسی عددی مواد متخلخل در دیواره کانال برای افزایش انتقال گرما در کانال مستطیلی شکل

استفاده از مجراهای مارپیچ و متخلخل از روش های رایج برای افزایش انتقال حرارت در جریان های یک فازی داخلی است که مطالعه در زمینه جریان سیال و انتقال حرارت در کانال های مارپیچ بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. این روش در مبدل حرارتی، دستگاه های سرمایش الکترونیکی، سیستم سرمایشی داخلی توربین گازی و توربوماشین هاکاربرد دارد.در مجراهای متخلخل افزایش سطح تماس به نسبت حجمی، می تواند باعث افزایش ناگهانی توزیع حرارت شود. به علت وزن کم، این مجراها می توانند درتشکیلات فضایی استفاده شده وبا توزیع یکنواخت جریان، مانع نوسانات دمای محلی و همگن شدن دما در سطح شوند. مطالعات زیادی در زمینه ی محیط های متخلخل بسته انجام گرفته و نتایج زیادی بیان شده است ولی مطالعات کمتری در مورد کانال های پوشیده از مواد متخلخل صورت گرفته است و به همین دلیل اطلاعات و تئوری های محدودی در دسترس است. ابتدا koh، stevens و merlin et al در آزمایشات خود میزان انتقال حرارت در کانال های متخلخل را بررسی کردند .در این آزمایشات ،با در نظر گرفتن شار حرارتی ثابت، دمای دیواره به شدت کاهش و شدت سرد شدن افزایش یافت. kuo و tien برای کانال هایی با بستر مواد فوم و جریان با جا به جایی اجباری و رینولدز پایین (6000-2000) و منبع حرارتی محاسباتی انجام داده و به این نتیجه رسیده اند که انتقال حرارت به میزان 2 تا 4 برابر افزایش می یابد. rachedi و chikh نیز در زمینه سرمایش جا به جایی اجباری در وسایل الکترونیکی تحقیقاتی انجام داده اند. hwang آزمایشاتی را برای مطالعه جریان سیال و انتقال حرارت آشفته در داخل لوله هایی با مواد متخلخل که این مواد در بالا و پایین لوله قرار داشتند انجام داد. نتایج براساس رینولدزهای بین 50000-10000 و ارتفاع های مختلف مواد متخلخل بیان شده است. و در میان لوله از ترموکوپلی استفاده شده که دمای محلی را بتواند محاسبه کند. hwang همچنین سرعت جریان توربولانس را توانسته محاسبه کند که مطالعات او نشان می دهد کانال هایی با مواد متخلخل ضریب اصطکاک بسیار پایین دارند. در این پایان نامه انتقال حرارت در یک مجرای مستطیل شکل سه بعدی، دیواره های بالا و پایین آن از ذراتی تشکیل شده اند که این ذرات متحرک اند و دیواره را تبدیل به محیط متخلخل کرده اند، به صورت عددی بررسی می شود. از معادلات ناویراستوکس برای مدل سازی جریان آشفته در محیط متخلخل و از مدل دارسی ـ بریکمن برای مدل سازی جریان از میان این ذرات تخلخل ساز استفاده خواهد شد. مدل های یک معادله ای و دو معادله ای نیز برای شبیه سازی انتقال حرارت به کار برده می شود که در آخر نتایج حاصل از هر یک از این مدل ها بحث شده و با نمونه های آزمایشگاهی در ادبیات فن مقایسه خواهد شد. ضرایب انتقال حرارت و کاهش فشار در این پایان نامه برای جریان کاملاً توسعه یافته و 10 و 20 و 40 سوراخ در هر اینچ (ppi) و ضخامت های مختلف قسمت متخلخل محاسبه شده است و عدد رینولدز مابین 20000 و 50000 و ضرایب اصطکاک 058/0 و 043/0 در نظر گرفته شده. در این پایان نامه مراحل مختلف کار مورد مطالعه قرار خواهد گرفت و نتایج حاصله از این پژوهش با نتایج موجود در ادبیات فن مقایسه و اختلافها بیان شده و دلایل اختلافها و راه حل های لازم برای کاهش خطاهای احتمالی ارائه خواهد شدکه از نرم افزارهای fluent و gambit با افزودن زیر روالهایی برای رسیدن به این هدف استفاده خواهد شد.