عنوان پایان‌نامه
بررسی همزمان انتقال حرارت جابجائی آزاد وهدایت حرارتی از پره های متخلخل
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1790;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 45330
- تاریخ دفاع
- ۳۱ خرداد ۱۳۸۹
- دانشجو
- محسن کیامنصوری
- استاد راهنما
- حسین شکوهمند
- چکیده
- در پژوهش حاضر، انتقال حرارت دائمی جابجایی آزاد- هدایت حرارتی مزدوج از پره‌های متخلخل مستطیلی‌شکل دوبعدی که به‌صورت عمودی به سطح خارجی یک کانال متصل شده‌اند به‌روش عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. از آن‌جا که ضریب انتقال حرارت در طول پره متخلخل در مسائل مزدوج از قبل مشخص نیست، معادلات کوپل حاکم بر ناحیه پره متخلخل و ناحیه سیال لزج اطراف آن باید از طریق شرایط مرزی فصل مشترک به‌صورت همزمان حل شوند. مدل توسعه‌یافته دارسی- برینکمن- فورچهمیر همراه با تقریب ابربک- بوزینسک برای اثرات شناوری به‌عنوان معادله ممنتوم در ناحیه پره متخلخل استفاده شده است و در ناحیه سیال لزج، معادله ناویر- استوکس حاکم بر مسأله است. اثرات غیردارسی در ناحیه پره متخلخل از قبیل نیروی اینرسی و مقاومت لزج مرز جامد از اهمیت خاصی برخوردارند. همچنین معادلات انرژی در هر دو ناحیه پره متخلخل و سیال لزج برای یافتن توزیع دما در این دو ناحیه حل شده‌اند. میان فازهای جامد و سیال در پره متخلخل، تعادل حرارتی محلی فرض شده است. علاوه بر این محدوده اعداد ریلی در‌نظر گرفته شده در این پژوهش، آن را فقط به رژیم‌های آرام محدود می‌کند. معادلات دیفرانسیل حاکم بر مسأله در فرمولاسیون تابع جریان- چرخش به صورت عددی با استفاده از روش تکراری حل شده است. تأثیر پارامترهای طراحی بی‌بعد مختلف حاکم بر مسأله از قبیل عدد ریلی، ضریب فورچهیمر، ضریب تخلخل، نسبت ضرایب هدایت حرارتی، نسبت طول به ضخامت پره و عدد دارسی بر روی نرخ انتقال حرارت پره متخلخل، نسبت نرخ انتقال حرارت از پره متخلخل به پره جامد و عدد ناسلت پره متخلخل بررسی شده است و مقایسه‌ای با پره‌های جامد انجام گرفته است و به این نتیجه رسیدیم که پره‌های متخلخل در مقایسه با پره‌های جامد متداول برای یک هندسه مشابه، افزایش بیشتری را در انتقال حرارت ایجاد می‌کنند که با افزایش اثرات غیردارسی میزان این انتقال حرارت کاهش می‌یابد. نتایج تحلیل کنونی ممکن است کاربردهای عملی وسیعی از قبیل افزایش انتقال حرارت در صنایع حرارتی مختلف پیدا کند.
- Abstract
- In the present investigation, steady conjugate free convection-conduction heat transfer from twodimensional rectangular porous fins which are attached vertically at the outer surface of a channel has been studied numerically. Since the heat transfer coefficient along the porous fin in conjugate problems is not prescribed in advance, the coupled governing equations in porous fin and its adjacent viscous clear fluid region must be solved simultaneously through the interfacial boundary conditions. The extended Darcy Brinkman-Forchheimer model with the Oberbeck-Boussinesq approximation for the buoyancy effects are used as the momentum equation in the porous fin region and the viscous clear fluid region is governed by the Navier-Stokes equation. Of special importance are the non-Darcian effects in the porous fin region such as inertial force and solid-boundary viscous resistance. Also the energy equations are solved in both porous fin and viscous clear fluid regions to find the temperature distributions in these two domains. The local thermal equilibrium is assumed between the solid and fluid phases in porous fin. In addition, the ranges of the Rayleigh numbers that considered in this investigation restrict it only to the laminar regimes. The governing differential equations are solved numerically in the vorticity–stream function formulation using SOR iterative method. The effects of various governing non-dimensional design parameters such as Rayleigh number, Forchheimer coefficient, porosity, thermal conductivity ratio, fin aspect ratio and Darcy number on the porous fin heat transfer rate, the ratio of the heat transfer rates from porous and solid fins and Nusselt number of porous fin are investigated and compared with the case of conventional solid fins. It is found that porous fins provide more enhancements in the heat transfer compared to the traditional solid fins for a similar configuration and this ratio will be decreased with increasing non-Darcian effects. The results of the present analysis may find wide practical applications such as heat transfer enhancement in the field of various thermal technologies.
