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

در این مقاله، انتقال حرارت جریان جابه‌جایی 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، متقارن محوری و تراکم‌ناپذیر 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 شده‌اند. اثر پارامترهایی نظیر عدد دارسی، ارتفاع مانع متخلخل، نسبت هدایت حرارتی ناحیه متخلخل به سیال و کسرحجمی نانوذرات و نوع آنها بر روی میدان جریان، انتقال حرارت و افت فشار بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که استفاده از موانع متخلخل در مسیر جریان منجر به تغییرات قابل ملاحظه‌ای 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 قابل‌توجهی افزایش می‌یابد. این امر همچنین افت فشار شدیدی را در جریان ایجاد خواهد کرد. افزایش نسبت هدایت حرارتی ماتریس جامد به سیال باعث افزایش عدد ناسلت محلی دیواره در اطراف موانع خواهد شد که این افزایش در نفوذپذیری‌های بالا، بیشتر است. با افزایش ارتفاع موانع متخلخل، ضخامت لایه مرزی کاهش پیدا می‌کند و انتقال حرارت جابه‌جایی افزایش می‌یابد.

numerical simulation of nanofluid flow in an annulus with porous baffles based on combination of darcy-brinkman-forchheimer model and two-phase mixture model

in this paper, forced convection heat transfer of a nanofluid in an annulus with porous baffles on the inner and outer walls is investigated numerically. the nanofluid is simulated based on the two-phase mixture model while the flow in the porous region is described by the darcy-brinkman-forchheimer model. the fluid flow is considered laminar, steady, axisymmetric, and incompressible. the governing equations have been solved using the finite volume method. the effect of parameters such as the darcy number, the height of the porous baffles, the thermal conductivity ratio, and the volume fraction, and the type of the nanoparticles on the flow field, heat transfer, and pressure drop have been investigated. the results show that the use of the porous baffles in the flow path leads to significant variations in the characteristics of the flow and heat transfer. reducing the darcy and reynolds numbers leads to the formation of vortices behind the baffles that has a significant impact on the heat transfer. by decreasing the darcy number, the heat transfer increases substantially. this also causes a severe pressure drop in the flow. increasing the thermal conductivity ratio raises the local nusslet number at the wall near the baffles, which is more remarkable in higher values of permeability. increasing the height of the porous baffles reduces the thickness of the boundary layer and enhances heat transfer.