بررسی انتقال حرارت سیالات غیرنیوتونی شبه‌پلاستیک در مبدل‌های حرارتی متخلخل

Abstract

در این مقاله انتقال حرارت جابجایی طبیعی رایلی-بنارد سیالات غیرنیوتونی شبه‌پلاستیک در مبدل حرارتی لوله‌ای که دیواره‌ی سمت چپ آن از لایه‌ی متخلخل مشخص با ضخامت مشخص پوشیده شده است برای حالت ناپایدار و آرام به صورت عددی بررسی شده است. دیواره‌ی پایینی مبدل حرارتی در دمای ثابت Th و دیواره‌ی بالایی در دمای Tc که (Th>Tc) قرار دارد. دیواره‌ی سمت چپ و راست عایق هستند. معادلات حاکم بر مسئله پس از بی‌بعد شدن، به روش المان محدود به صورت همزمان حل شده است و سپس صحت نتایج در مقایسه با پژوهش‌های پیشین ارزیابی شده است. نتایج نشان می‌دهند که در رایلی‌های بزرگ ‌( 105Ra=) به دلیل غالب بودن انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی نسبت به انتقال حرارت هدایت، ناسلت متوسط با سرعت قابل توجهی افزایش می‌یابد. همچنین در اعداد دارسی کوچک (4-10=Da) میزان نفوذپذیری جریان بسیار کم است و ماهیت جریان به گونه‌ای تغییر می‌کند که باعث کاهش عملکرد حرارتی جریان جابجایی طبیعی می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که با کاهش شاخص پاورلا دمای بی‌بعد کاهش یافته است و کمترین دمای بی‌بعد برای کمترین شاخص پاورلا به دست می‌آید. از سوی دیگر، با افزایش شاخص پاورلا در یک رایلی ثابت و گذشت زمان، افزایش انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی در لوله اتفاق می‌افتد. همچنین عدد رایلی برای شروع جابه‌جایی طبیعی در مبدل با افزایش شاخص پاورلا کاهش می‌یابد.