مدل‌سازی عددی جریان و انتقال حرارت جابجائی طبیعی در محیط متخلخل به روش شبکه بولتزمن- تاثیرات نانوسیال و هندسه مرز‌های جریان

Abstract

در پژوهش پیش رو، انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی نانوسیال در محیط متخلخل، با استفاده از روش شبکه بولتزمن به‌صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. هندسه انتخاب‌شده برای بررسی مسئله موردنظر شامل محفظه سرد خارجی و سیلندر‌های گرم داخلی با آرایش‌های تک، سه و چهار سیلندره می‌باشد. نقطه مشترک هندسه‌ها جهت مقایسه عملکرد حرارتی آنها، مساحت انتقال حرارت برابر می‌باشد. آرایش شبکه D2Q9 برای توابع توزیع چگالی و دما استفاده شده است. تاثیر حضور محیط متخلخل به‌صورت عبارت منبع وارد معادله بولتزمن تابع توزیع چگالی می‌شود. در واقع از مدل برینکمن- فورچیمر برای شبیه‌سازی محیط متخلخل استفاده شده است. صحت شبیه‌سازی حاضر با استفاده از نتایج با تحقیقات معتبر صحت‌سنجی شده است. تطابق خوب نتایج، نشان‌دهنده دقت بالای شبیه‌سازی حاضر می‌باشد. تأثیر اعداد رایلی، دارسی، ضریب تخلخل محیط، تعداد و آرایش سیلندرها روی عدد ناسلت دیواره سرد محفظه و عملکرد حرارتی هندسه‌ها بررسی شده‌اند. نتایج به‌دست‌آمده به‌خوبی رفتار جریان نانوسیال و توزیع دمای داخل محیط متخلخل را نشان می‌دهد. برحسب نتایج، با افزایش عدد رایلی، دارسی و ضریب تخلخل انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی افزایش می‌یابد. همچنین، برحسب نتایج برای انتخاب هندسه مناسب از بین سه هندسه تعریف‌شده برای سیلندرها، جهت انتقال حرارت بهتر باید هم‌زمان به رایلی و ضریب تخلخل توجه کرد.. همچنین، نتایج بیانگر افزایش انتقال حرارت با افزایش کسر حجمی نانوذرات به‌کار گرفته شده، می‌باشد.