شبیه‌سازی عددی انتقال حرارت جابجایی طبیعی پایا و ناپایای نانوسیال در فضای بین حلقه‌های هم‌مرکز و غیر هم‌مرکز در یک محیط متخلخل

در این مقاله به شبیه‌سازی عددی پدیده انتقال حرارت جابجایی طبیعی پایا و ناپایای نانوسیال در فضای بین حلقه‌های هم‌مرکز و غیر هم‌مرکز پرشده از یک ماده متخلخل پرداخته شده است. معادلات حاکم بر جریان سیال شامل معادلات بقای جرم، ممنتوم و انرژی به کمک روش عددی تفاضل محدود گسسته و در حل آنها از روش ضمنی جهت متغیر (adi) و روش فوق تخفیفی (sor) استفاده شده است. در پژوهش حاضر به بررسی اثرات عدد رایلی، کسر حجمی نانوسیال (در محدوده 0 تا 4 درصد)، عدد دارسی، ضریب تخلخل محیط متخلخل و نسبت خروج از مرکز دو حلقه بر مقدار عدد ناسلت متوسط، عدد ناسلت محلی، خطوط جریان و خطوط هم‌دما و تغییرات آنها با زمان پرداخته شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی نشان می‌دهد که با افزایش عدد رایلی، ضریب تخلخل و کسر حجمی نانوذرات، میزان انتقال حرارت افزایش می‌یابد. کاهش عدد دارسی باعث کاهش نفوذپذیری محیط متخلخل شده و در نتیجه انتقال حرارت کاهش می‌یابد. در شرایط ناپایا با افزایش دامنه نوسان دمای دیواره داخلی (به دلیل افزایش گرادیان دمایی بین دو دیواره)، دامنه تغییرات عدد ناسلت متوسط نیز افزایش می‌یابد. همچنین نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد فرکانس تغییرات عدد ناسلت متوسط بر فرکانس تغییرات دمایی دیواره داخلی منطبق خواهد بود.

Numerical Simulation of steady and unsteady natural convection heat transfer of nanofluids in eccentric and concentric porous annuluses

This paper is devoted to numerical simulation of steady and unsteady natural heat transfer convection of nanofluids in an eccentric porous annulus. Governing equations including mass, momentum, and energy conservation are discretized by means of finite difference methods and they are solved by Alternating Direction Implicit (ADI) method and Successive over Relaxation (SOR) method. In the present study, the effect of Rayleigh number, nanoparticle volume fraction (in the range of 0 to 4 percent), Darcy number, porosity coefficient, and eccentricity ratio on average Nusselt number, local Nusselt number, streamlines, and isothermal lines are investigated. The results show that by increasing Rayleigh number, the porosity coefficient, and the nanoparticle volume fraction, the heat transfer rate increases. Reducing the Darcy number reduces the permeability of the porous medium and therefore reduces the heat transfer. In unsteady conditions, by increasing the amplitude of the inner wall temperature fluctuation, (due to the increase of the temperature gradient between the two walls), the average Nusselt number increases, and the frequency of the variation of the average Nusselt number is consistent with the inner wall temperature variation frequency.