آنالیز سه بعدی نمونه جدیدی از مبدل حرارتی متخلخل گاز به گاز

محیط متخلخل بدلیل داشتن سطح بسیار زیاد در واحد حجم انرژی زیادی از گازهای داغ از طریق انتقال حرارت جابجایی دریافت می کند و در پی افزایش دما، این انرژی را از طریق تشعشع به داخل سیستم بازمیگرداند. در این مطالعه سعی شده که از این انرژی دریافت شده از گاز به وسیله محیط متخلخل، جهت طراحی یک مبدل حرارتی سه بعدی استفاده شود که از سه قسمت تشکیل شده است شامل:1- قسمت دما بالا، 2- قسمت بازیاب 1 و 3- قسمت بازیاب 2 . جریان گاز داغ از داخل قسمت دما بالا مبدل گذشته و از طریق انتقال حرارت جابجایی، ازدیاد دمای لایه مربوطه را به دنبال دارد. این انرژی دریافت شده به صورت شار تشعشعی به لایه های بازیاب 1 و 2 تابیده می شود. هوا با دمای محیط وارد لایه بازیاب 1 می شود و شار تشعشعی منتشرشده از لایه دما بالا توسط لایه بازیاب 1 جذب شده و هوا ضمن عبور از این لایه توسط فرایند انتقال حرارت جابجایی پیش گرم می شود که این هوای پیش گرم شده وارد لایه بازیاب 2 می شود و در این لایه توسط مکانیزم انتقال حرارت جابجایی مقدار بیشتری انرژی دریافت کرده و به صورت هوای گرم خروجی سیستم را ترک می کند. در کار حاضر، آنالیز حرارتی سه بعدی مبدل حرارتی با در نظر گرفتن اثرات تغییرات خواص گاز با دما مورد بررسی قرارگرفته است. محیط متخلخل علاوه بر انتقال حرارت جابجایی با جریان گاز قادر است انرژی تابشی را جذب، پخش و صادر کند درحالی که از اثرات تابشی فاز گاز در مقایسه با فاز جامد صرف نظر شده است. از آنجا که تعادل حرارتی بین فاز گاز و جامد وجود ندارد، معادلات انرژی به طور جداگانه برای هر فاز نوشته شده وبا روش اختلاف محدود حل عددی می گردند. برای محاسبه توزیع شار تابشی در لایه متخلخل که از حل معادله انتقال حرارت تابشی به دست می آید از روش جهت های مجزا استفاده شده است. نتایج عددی به صورت نمودارهایی از توزیع دمای گاز و محیط متخلخل و همچنین توزیع شار تابشی در فاز جامد، با در نظر گرفتن تغییرات خواص گاز با دما نشان داده شده است. محاسبات انجام شده نشان می دهد که استفاده از لایه های متخلخل با عمق اپتیکی زیاد و ضریب پخش تشعشعی کم، افزایش راندمان حرارتی مبدل را به دنبال دارد. جهت بررسی صحت محاسبات انجام شده، مقایسه ای با نتایج تئوریک دیگر محققین صورت پذیرفته که انطباق موجود رضایت بخش می باشد.