مطالعه‌ ی عددی انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی مزدوج در محفظه ی بسته متخلخل به روش شبکه ی بولتزمن

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

چکیده

در مقاله حاضر، به بررسی عددی انتقال حرارت جابه­جایی طبیعی آرام در محفظه بسته مربعی متخلخل با دو دیواره جامد به روش شبکه­ی بولتزمن می­پردازیم. در این تحلیل، محیط متخلخل در مقیاس ماکروسکوپیک مدلسازی شده است و از مدل دارسی- برینکمن- فورش­هایمر برای مدلسازی این محیط در عدد پرانتل 1 و در محدوده اعداد دارسی 1-10 تا 4-10، رایلی 103 تا 106، ضریب تخلخل 0.4 تا 0.9، نسبت ضخامت دیواره 0.1 تا 0.4 و نسبت ضریب نفوذ حرارتی جامد به سیال 1 تا 100، استفاده شده است و اثرات محیط متخلخل با افزودن ضریب تخلخل در تابع توزیع تعادلی چگالی و افزودن ترم نیروهای بدنی در معادلات در نظر گرفته می­شود. اثر هر یک از پارامترهای ذکر شده بر میزان انتقال حرارت از هندسه توسط عدد ناسلت متوسط بررسی شده است. با توجه به نتایج بدست آمده، افزایش عدد دارسی، رایلی، ضریب تخلخل و نسبت ضریب نفوذ حرارتی با توجه به تغییر رژیم غالب انتقال حرارت از هدایت به جابه­جایی، سبب افزایش ضریب انتقال حرارت و افزایش ضخامت دیواره به دلیل کاهش بخش محیط متخلخل سبب کاهش ضریب انتقال حرارت می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Mohammadi Pirouz M, Farhadi M, Sedighi K, Nemati H, Fattahi E (2011) Lattice Boltzmann simulation of conjugate heat transfer in a rectangular channel with wall-mounted obstacles. Sci Iran18(2): 213-221.

[2]  Fedorov AG, Viskanta R (2000) Three-dimensional conjugate heat transfer in the microchannel heat sink for electronic packaging. Int J Heat Mass Tran 43(3): 399-415.

[3] McNamara GR, Zanetti G (1988) Use of the Boltzmann Equation to Simulate Lattice-Gas Automata. Phys Rev E 61(20): 2332-2335.

[4]  Chen S, Doolen GD (1998) Lattice Boltzmann method for fluid flows. Annu Rev Fluid Mech 30: 329-364.

[5]  Higuera FJ, Jiménez J. (1989) Boltzmann Approach to Lattice Gas Simulations. EPL (Europhys Let) 9(7): 663.

[6]  Teixeira C, Chen H, Freed DM (2000) Multi-speed thermal lattice Boltzmann method stabilization via equilibrium under-relaxation. Comput Phys Commun 129(1–3): 207-226.

[7]  Wang J, Wang M, Li Z (2007) A lattice Boltzmann algorithm for fluid–solid conjugate heat transfer. Int J Therm Sci 46(3): 228-234.

[8]  Nazari M, Mohebbi R, Kayhani MH (2014) Power-law fluid flow and heat transfer in a channel with a built-in porous square cylinder: Lattice Boltzmann simulation. J Non-Newton Fluid 204: 38-49.

[9]  Guo Z, Zhao TS (2002) Lattice Boltzmann model for incompressible flows through porous media. Phys Rev E 66(3).

[10] Guo Z, Zhao TS (2005) A Lattice Boltzmann model for convection heat transfer in porous media. NumerHeat Tr B-Fund 47(2): 157-177.

[11] Seta T, Takegoshi E, Okui K (2006) Lattice Boltzmann simulation of natural convection in porous media. Math Comput Simulat 72(2–6): 195-200.

[12] Haghshenas A, Nasr MR, Rahimian MH (2010) Numerical simulation of natural convection in an open-ended square cavity filled with porous medium by lattice Boltzmann method. Int Commun Heat Mass 37(10): 1513-1519.

[13] Gao D, Chen Z, Chen L (2014) A thermal lattice Boltzmann model for natural convection in porous media under local thermal non-equilibrium conditions. Int J Heat Mass Tran 70: 979-989.

[14] Chang WJ, Lin HC (1994) Wall heat conduction effect on natural convection in an enclosure filled with a non-Darcian porous medium. Numer Heat Tr A-Appl, 25(6): 671-684.

[15] Baytaş AC, Liaqat A, Groşan T, Pop I (2001) Conjugate natural convection in a square porous cavity.  Heat Mass Transfer 37(4-5): 467-473.

[16] Nawaf HS (2007) Conjugate natural convection   in a vertical porous layer sandwiched by finite thickness walls. Int Commun Heat Mass 34(2): 210-216.

[17] Nawaf. HS (2007) Conjugate natural convection in a porous enclosure: effect of conduction in one of the vertical walls. Int J Therm Sci 46(6): 531-539.

[18] Chamkha AJ, Ismael MA (2013) Conjugate heat transfer in a porous cavity filled with nanofluids and heated by a triangular thick wall. Int J Therm Sci 67: 135-151.

[19] Beckermann C, Vikanta R, Ramadhyani S (1988) Natural convection in vertical enclosures containing simultaneously fluid and porous layers. J Fluid Mech 186: 257-284.

[20] Gao D, Chen Z, Chen L (2014) A thermal lattice Boltzmann model for natural convection in porous media under local thermal non-equilibrium conditions. Int J Heat Mass Tran 70: 979-989.

[21] Hsu CT, Cheng P (1990) Thermal dispersion in a porous medium. Int J Heat Mass Tran 33(8): 1587-1597.

[22] Vafai K (1984) Convective flow and heat transfer in variable-porosity media. J Fluid Mech 147: 233-259.

[23] Vahl Davis GD (1983) Natural convection of air in a square cavity: A bench mark numerical solution. Int J Numer Meth Fl 3: 249-264.

[24] نظری م، کیهانی م ح، انارکی حاجی باقری آ (1392) مقایسه انتقال حرارت در یک محفظه بسته دارای لایه متخلخل عمودی وافقی به روش شبکه­ بولتزمن، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس 13(8): 93- 107.

[25] Vishnampet R, Narasimhan A, Babu V (2011) High Rayleigh Number Natural Convection Inside 2D Porous Enclosures Using the Lattice Boltzmann Method. J Heat Transf 133(6).

[26] Mohamad AA (2007) Applied Lattice Boltzmann method for transport phenomena, Momentum, Haet Mass transfer. Sure print, Calggray, Canada.

[27] Nithiarasu P, Seetharamu KN, Sundararajan T (1997) Natural convective heat transfer in a fluid saturated variable porosity medium. Int J Heat Mass Tran 40(16): 3955-3967.

[28] Kaminski DA, Prakash C (1986) Conjugate natural convection in a square enclosure: effect of conduction in one of the vertical walls. Int J Heat Mass Tran 29(12): 1979-1988.