شبیه‌سازی عددی جریان نانوسیال در یک کانال حلقوی با موانع متخلخل با استفاده از ترکیب مدل دارسی-برینکمن-فرچهیمر و مدل مخلوط دوفازی

Abstract

در این مقاله، انتقال حرارت جریان جابجایی اجباری نانوسیال در یک کانال حلقوی با موانع متخلخل بر روی دیواره‌های داخلی و خارجی به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. نانوسیال با استفاده از مدل مخلوط دوفازی و جریان در ناحیه متخلخل بوسیله مدل دارسی-برینکمن-فرچهیمر شبیه‌سازی شده است. جریان سیال به صورت آرام، پایا، دوبعدی متقارن محوری و تراکم ناپذیر فرض می‌شود. همچنین محیط متخلخل یکنواخت و همگن بوده و خواص فیزیکی نانوسیال و محیط متخلخل ثابت فرض می‌شود. معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود و الگوریتم سیمپل حل شده اند. اثر پارامترهایی نظیر عدد دارسی، ارتفاع و ضخامت مانع متخلخل، نسبت هدایت حرارتی ناحیه متخلخل به سیال و کسرحجمی نانوذرات بر روی میدان جریان و انتقال حرارت و افت فشار بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد استفاده از موانع متخلخل در مسیر جریان منجر به تغییرات قابل ملاحظه ای در مشخصه‌ها‌ی جریان و انتقال حرارت می‌شود. کاهش اعداد دارسی و رینولدز منجر به ایجاد گردابه در پشت موانع می‌شود که این گردابه‌ها تاثیر بسزایی بر روی انتقال حرارت دارند. با کاهش عدد دارسی انتقال حرارت به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد. همچنین افت فشار شدیدی را در جریان ایجاد خواهد کرد. افزایش نسبت هدایت حرارتی ماتریس جامد به سیال باعث افزایش ناسلت محلی دیواره در ناحیه موانع خواهد شد که این افزایش در نفوذپذیری‌های بالا قابل توجه‌تر خواهد بود. با افزایش ارتفاع موانع متخلخل ضخامت لایه مرزی کاهش پیدا کرده و انتقال حرارت جابجایی افزایش می‌یابد.