استفاده از محیط متخلخل برای بهبود انتقال گرمای جابه‏ جایی اجباری در کانال و تحلیل عددی آن به روش بولتزمن شبکه‏ ای‏

در این مقاله، تحلیل عددی جریان و انتقال حرارت در کانال دوبعدی با حضور محیط متخلخل و بر اساس روش بولتزمن شبکه‏‌ای، صورت گرفته است. دلیل اصلی قرار دادن محیط متخلخل داخل کانال، کاهش سطح مقطع موثر کانال و افزایش موضعی سرعت متوسط جریان به منظور افزایش آهنگ انتقال گرما و کنترل دمای بیشینه صفحه گرم بوده است. از سوی دیگر، به دلیل عبور بخشی از جریان از داخل محیط متخلخل از افت فشار ناگهانی در اثر کاهش سطح مقطع جلوگیری به عمل می‏آید. بدین منظور، یک محیط متخلخل با ساختار تصادفی به صورت موضعی در قسمت فوقانی کانال در نظر گرفته شده است. نتایج کار حاضر، مشتمل بر بررسی اثرات پارامترهای موثر از قبیل اعداد رینولدز، پرانتل، نسبت منظری و تخلخل محیط متخلخل بر بیشینه دمای سطح گرم، عدد ناسلت متوسط و افت فشار کانال، می‏باشد. نتایج نشان می‌دهد که افزایش تخلخل سبب کاهش اختلاف دمای بیشینه صفحه در دو حالت کانال ساده و کانال حاوی محیط متخلخل می‌شود. همچنین مشاهده می‌شود که استفاده از محیط متخلخل در رینولدزهای پایین نسبت به کاهش دمای صفحه گرم، توجیه بیشتری دارد. در کنار این موضوع، افزایش عدد پرانتل در ابتدا سبب افزایش دمای بیشینه صفحه گرم می‌شود و افزایش بیشتر آن، دمای بیشنیه‌ی صفحه را کاهش می‌دهد.

Using the porous medium to improve the forced convective heat transfer in the channel and its numerical analysis with lattice Boltzmann method

In this paper, numerical analysis of flow and heat transfer in a twodimensional channel with porous medium and based on the lattice Boltzmann method is performed. The main reason for placing the porous medium inside the channel is to reduce the effective cross section of the channel and increase the localized mean velocity to increase the rate of heat transfer and control the maximum temperature of the hot plate. Also, due to passage of a part of the flow from inside of the porous medium, a sudden drop in pressure is prevented by reducing the crosssection. For this purpose, a porous medium with a random structure is considered in the upper part of the channel. The results include the effects of effective parameters such as Reynolds numbers, Prandtl number, aspect ratio and porosity of the porous medium on the maximum temperature, average Nusselt number and pressure drop. Results show that increase of the porosity increases the difference between the maximum temperature of simple channel and channel with porous medium. It is also observed that the use of a porous medium in the low Reynolds numbers creates a higher decrease in the hot plate temperature. In addition, increasing the Prandtl number initially increases the maximum temperature of the hot plate and its further increase will reduce the maximum temperature.