19465

۱۹۴۶۵

مدل‌سازي رياضي و حل انتقال حرارت جابجايي اجباري در چاه حرارتي فوم فلزي متخلخل پره دار

كارشناسي ‌ارشد

مكانيك

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۷/۱۰

دكتر مجيد سياوشي

مكانيك

در اين مطالعه، بر روي مسئله جريان و انتقال حرارت جابجايي اجباري در يك هيت سينك متخلخل كه با جت ضربه‌اي سيال خنك‌كننده، خنك مي‌شود مطالعه عددي صورت گرفته است. در ابتدا (مسئله اول) شرايط و فرضيات به‌گونه‌اي در نظر گرفته‌شده است كه معادله دارسي- برينكمن- فورچيمر براي جريان سيال و معادله تعادل حرارتي براي انتقال حرارت حاكم باشد. سپس در بخش ديگر ( مسئله دوم) با در نظر گرفتن اثرات ميدان مغناطيسي و استهلاك ويسكوز، مسئله اول توسعه‌يافته است. در مرحله بعد به‌منظور حل معادلات مشتقات جزئي حاكم بر مسئله از متغيرهاي تشابهي استفاده‌شده است و درنهايت اين معادلات، به معادلات ديفرانسيل معمولي غيرخطي تبديل‌شده است. و با استفاده از حلگر bvp4c به‌صورت عددي حل‌شده است. نتايج حاصل از حل تشابهي با استفاده از يك نرم افزار تجاري، اعتبار سنجي شده است. تطابق خوبي ميان نتايج بدست آمده از هر دو روش حل مشاهده ميشود. تأثير پارامترهاي مختلف مانند عدد دارسي، عدد رينولدز، نسبت ابعاد، عدد اكرت، عدد هارتمن، تخلخل، فاصله بي‌بعد از محور تقارن، ضريب درگ شكلي، كسر حجمي نانوسيال و توزيع سرعت سيال خنك‌كننده در ورودي هيت سينك بر روي مشخصه‌هاي جريان و انتقال حرارت موردبررسي قرارگرفته است. نتايج به‌دست‌آمده نشان مي‌دهد كه افزايش كسر حجمي نانوسيال، عدد رينولدز، عدد دارسي و كاهش تخلخل، عدد اكرت و نسبت ابعاد هيت سينك سبب افزايش نرخ انتقال حرارت از ديواره گرم مي‌شود. علاوه بر اين عدد هارتمن بسته به تخلخل محيط متخلخل تأثير مختلفي بر روي انتقال حرارت مي‌گذارد. به‌عبارت‌ديگر در تخلخل‌هاي كم سبب كاهش انتقال حرارت و در تخلخل‌هاي بالا سبب افزايش ميزان انتقال حرارت مي‌شود. همچنين از ديدگاه انتقال حرارت، استفاده از توزيع سرعت ورودي با شيب منفي (حالت اول)، بهترين توزيع سرعت است. افزايش كسر حجمي نانوسيال، سبب افزايش پروفيل سرعت و دماي بي بعد ميشود. علاوه‌براين، ضريب درگ شكلي تاثير ناچيزي بر روي پروفيل‌هاي سرعت و دماي بي بعد دارد. تخلخل تغييرات كمي را در ميدان جريان سيال مي‌كند اما تاثير قابل‌توجهي بر روي پروفيل دما دارد. ميدان مغناطيسي تاثير چشم‌گيري بر روي ميدان جريان دارد و بر خلاف تخلخل تاثير كمي بر روي پروفيل دما ندارد. در نظر گرفتن ترم استهلاك ويسكوز در معادله انرژي سبب مي‌شود تا كانتور توزيع دما افزايش يابد و گراديان دما بخصوص در نواحي دور از محور تقارن كاهش يابد.

1397/07/17

Solution and mathematical modeling of forced convection in porous metal foam heat sink and fin

10/2/2019 12:00:00 AM

In this study, flow and heat transfer through a porous heat sink which is cooled by a impinging jet, have been studied numerically. At the first (first problem), the Darcy- Brinckman- Forchemier equation for fluid flow and thermal equilibrium equation for heat transfer are governed. Then in the next section (second problem) with considering of magnetic field and viscous dissipation, the first problem is developed. In the next step, for solving the partial differential equations, some similarity variables are defined and finally, non-linear ordinary differential equations will be obtained and by using bvp4c solver numerically will be solved. The effects of different parameters such as Darcy number, Reynolds number, aspect ratio, Eckert number, Hartman number, porosity, dimensionless distance from the axis, form drag coefficient, volume fraction of nanofluid and cooling fluid distribution in the inlet of the heat sink are investigated. The results presents that nanofluid volume fraction, Reynolds number, Darcy number rise and porosity, Eckert number, aspect ratio decrease would increase the heat transfer rate of hot wall. In addition, the Hartman number depended on porosity would have different effect on heat transfer rate. In the other word, in the low porosity would have decreasing effect and in the high porosity would have increasing effect on the heat transfer rate. It should mentioned that in thermal aspect, using of negative slope velocity distribution is the best one. Nanofluid volume fraction augmentation will increase the velocity and non-dimension temperature profile. Form drag coefficient does not have appreciable effect on velocity and non-dimension temperature profile. Porosity has low influence on fluid flow filed but has tangible effect on temperature. Magnetig field has great effect on flow field but in opposition of porosity does not have appreciable effect on temperature. Due to considering viscous dissipation in energy equation, temperature distribution contours will increase and the temperature gradient specific in the far region of axissemetric axis will decrease.