بررسی عددی انتقال حرارت جابجایی ترکیبی جریان نانوسیال در یک مجرای متخلخل با در نظرگرفتن مدل تعادل گرمایی

بهبود انتقال حرارت و خنک¬کاری سیستم¬های حرارتی نقش بسیار مهمی در کاربردهای صنعتی و مهندسی دارد. نانوسیال و محیط متخلخل هر دو می¬توانند انتقال حرارت را بهبود می¬بخشند. در این پژوهش انتقال حرارت جابجایی ترکیبی جریان نانوسیال آب-اکسید آلمینیوم در یک مجرای بیضوی پر شده با محیط متخلخل به صورت عددی و سه بعدی بررسی گردیده است. فرض بر آن است که دیواره مقطع در دمای ثابت قرار دارد. جریان نانوسیال، آرام، دائمی، نیوتنی و تراکم ناپذیر می¬باشد و مدل جریان نانوسیال مدل همگن در نظر گرفته می¬شود. در محیط متخلخل از مدل گسترش یافته¬ی بریکمن-دارسی-فورچهمیر بهره برده شده است و فازهای سیال و جامد در محیط متخلخل در تعادل حرارتی می باشند. برای این تحلیل از روش حجم محدود استفاده شده است. نتایج حل عددی با نتایج پژوهش¬های پیشین مقایسه شده که انطباق خوبی را نشان می¬دهند. ترکیب نانوسیال و محیط متخلخل جهت بهبود انتقال حرارت اخیرا مورد استقبال محققین قرار گرفته است که بررسی انتقال حرارت نانوسیال در یک مجرا بیضوی پر شده با محیط متخلخل تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته است. در این بررسی اثر پارامترهای عدد رینولدز، ضریب تخلخل، عدد دارسی، کسرحجمی نانوسیال، قطر نانوذرات و ضریب منظری مجرا روی پارامترهای هیدرودینامیکی و حرارتی بررسی گردیده است. نتایج بررسی اثر عدد رینولدز نشان داد که، افزایش عدد رینولدز تاثیری بر عدد ناسلت ندارد ولی ضریب اصطکاک سطح را کاهش می¬دهد. نتایج بررسی اثر کسرحجمی نانوسیال و اثر قطر نانوذرات نشان داد که افزایش کسرحجمی و کاهش قطر نانوذرات عدد ناسلت را افزایش می¬دهد ولی تاثیری بر ضریب اصطکاک سطح ندارد به طوری که استفاده از نانوسیال با کسرحجمی 0/06 نسبت به سیال پایه، عدد ناسلت را 3/48% افزایش می¬دهد و کاهش قطر نانودرات از 100 نانومتر به 20 نانومتر عدد ناسلت را 13/2% افزایش می¬دهد. نتایج بررسی اثر تغییر ضریب تخلخل و عدد دارسی نشان داد که کاهش ضریب تخلخل و کاهش عدد دارسی، ضریب اصطکاک سطح، عدد ناسلت و افت فشار را افزایش می¬دهد، به طوری که با کاهش ضریب تخلخل تا 0/8نسبت به مجرای بدون محیط متخلخل عدد ناسلت 13/94 برابر و افت فشار 14/27 برابر می¬گردد و با کاهش عدد دارسی از 0/1 به 0/00001 عدد ناسلت 17/0 برابر و افت فشار 320 برابر می¬گردد. نتایج بررسی اثر ضریب منظری مجرا نشان داد که با افزایش ضریب منظری، عدد ناسلت، افزایش می¬یابد و ضریب اصطکاک سطح بدون تغییر باقی می¬ماند.