بررسی عددی انتقال حرارت همرفت حول استوانه گرم پوشیده‌شده از محیط متخلخل با دو پراکندگی تخلخل در کانال

در پژوهش حاضر انتقال حرارت همرفت حول یک استوانه گرم پوشیده شده با محیط متخلخل حلقوی در یک کانال تخت مورد بررسی قرار گرفتهاست. برای بهبود انتقال حرارت از محیط متخلخل با رسانندگی حرارتی بالا استفاده شده و در عین حال برای کاهش افت فشار جریان دو پراکندگی تخلخل برای این محیط در نظر گرفته شده است. برای ایجاد دو پراکندگی تخلخل، از پره های متخلخل با تخلخل 0/9 استفاده شده است که به طور یکنواخت به استوانه متصل شده اند. در این حالت پره ها درجه اول تخلخل (تخلخل میکروسکوپی) و چیدمان پره ها در فضای پیرامون استوانه درجه دوم تخلخل (تخلخل ماکروسکوپی) را تشکیل می دهند. هدف از این پژوهش بررسی و بهینه سازی شرایط جریان برای دست یابی به بیشترین دمای خروجی و نرخ انتقال حرارت به ازای کمترین اتلافات فشاری است. این بهینه سازی در بازه اعداد رینولدز 60 تا 120 اعداد دارسی 310 تا 510، تخلخل ماکروسکوپی 0/25 تا 0/75 و نسبت شعاع خارجی به داخلی پره های متخلخل 1/5 تا 2 صورت گرفته است. مدل سازی مساله به کمک روش عددی شبکه بولتزمن صورت گرفته و صحت شبیه سازی توسط مطالعات عددی و آزمایشگاهی موجود مورد ارزیابی قرار گرفته است. بهینه سازی نتایج به کمک روش سطح پاسخ مرکب مرکزی سه سطحی انجام شده و نتایج عددی حاکی از صحت پیش بینی ها در شرایط بهینه است. به این ترتیب نتایج حاصل از این تحقیق می تواند راهنمایی مفید در زمینه بهینه سازی مبدل های حرارتی قلمداد شود.