تحلیل عددی انتقال حرارت سیال غیر نیوتنی در محیط متخلخل

در این مقاله از روش شبکه بولتزمن در بررسی جریان جابجایی اجباری و انتقال حرارت سیال غیر نیوتنی توانی بین دو صفحه موازی که به صورت جزیی با محیط متخلخل پر شده، استفاده شده است. محیط متخلخل با موانع مربعی، با آرایش منظم ایجاد گردیده است که امکان بررسی جریان‌های پیچیده در مقیاس حفره را فراهم می‌کند. علی‌رغم استفاده زیاد از روش شبکه بولتزمن، بررسی انتقال حرارت با چیدمان موضعی ماده متخلخل و استفاده از مدل شبکه بولتزمن حرارتی از کارهای نو در این زمینه است. دو سیال توانی مختلف نازک شونده و ضخیم شونده، با سه آرایش متفاوت از بلوک های مربعی بین دو صفحه بررسی شده است. تاثیر اعداد رینولدز مختلف بر روی پروفیل‌های سرعت و دما و همچنین عدد ناسلت بررسی گردیده است. نتایج به خوبی حرکت جریان سیال و توزیع دمای داخل محیط متخلخل را نشان می‌دهد. همچنین گردابه‌های ایجاد شده در پشت موانع مربعی در داخل محیط متخلخل، برحسب عدد رینولدز نمایش داده شده و تاثیر آن بر انتقال حرارت مطالعه شده است. وجود موانع ثابت در دامنه محاسباتی به عنوان محیط متخلخل، باعث افزایش عدد ناسلت متوسط گشته و کاهش ضریب توانی و افزایش تعداد موانع باعث بهبود بیشتر انتقال حرارت می گردد.in this paper, the lattice boltzmann method (lbm) has been used to study fluid flow and forced convection heat transfer between two parallel plates partially filled by porous medium. a porous medium with regular arrangement of square obstacles has been used to provide a pore-scale analysis of complex flows. despite the large use of lbm in the literature, the study of heat transfer with partial arrangement of porous material and employing thermal lattice boltzmann method are the new contributions of this paper. two different power-law fluids, shear thinning and shear thickening, with three different porous blocks are investigated. effects of reynolds number on the velocity, temperature profiles and nusselt number are examined. also, the rotating cells behind the obstacles in the porous medium are shown and the related effects on the heat transfer rate are analysed. the results show that using a porous medium inside the channel leads to an increase in the average nusselt number. decreasing the power index and increasing the number of obstacles can also enhance the heat transfer.