مطالعه عددی اثر زاویه شیب و پارامترهای هندسی فوم فلزی آلومینیومی بر انتقال حرارت جابه‌جایی آزاد با شرط عدم تعادل حرارتی

در مطالعه حاضر بررسی اثر زاویه شیب و پارامترهای هندسی فوم فلزی آلومینیومی بر انتقال حرارت جابه‌جایی آزاد به‌صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. انتقال حرارت و جریان سیال در فوم فلزی براساس تئوری حجم متوسط است و با درنظرگرفتن شرط عدم تعادل حرارتی برای معادله انرژی و معادله غیرخطی دارسی برینکمن فورشیمر برای معادله ممنتوم در ناحیه متخلخل بیان شده است، معادلات میکروسکوپی در ناحیه سیال خالص و معادلات ماکروسکوپی در ناحیه متخلخل حل می‌شوند. حل عددی معادلات حاکم بر انتقال ممنتوم و انرژی در ناحیه متخلخل و سیال خالص با به‌کارگیری روش المان محدود صورت گرفته است. در این مطالعه، تاثیر پارامترهای زاویه شیب چاه‌گرمایی فوم فلزی، دمای پایه و همچنین پارامترهای هندسی فوم شامل تخلخل، چگالی منفذ و ارتفاع فوم بر عملکرد حرارتی فوم فلزی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج عددی با نتایج تجربی کارهای دیگران تطابق خوبی را نشان می‌دهد. طبق نتایج عددی، در یک دمای یکسان، عدد نوسلت متوسط چاه‌گرمایی فوم فلزی در حالت افقی 62/6% بیشتر از صفحه تخت افقی است. فوم فلزی در حالت افقی دارای بیشترین مقدار عدد نوسلت متوسط، نسبت به دیگر زاویه‌ها است؛ برای فوم فلزی با چگالی منفذ 5منفذ در اینچ و تخلخل 0/92 در حالت افقی عدد نوسلت متوسط سطح 22/3% بیشتر از حالت عمودی است. همچنین در حالت افقی روبه‌بالا عدد نوسلت متوسط، 29/5% بیشتر از حالت افقی روبه‌پایین است.

Numerical Study of the Effect of Inclination Angles and Geometric Parameters of Aluminum Metal Foam on Heat Transfer Free Convection with Thermal Non-Equilibrium Condition

In the present study, the effect of the inclination angle and geometric parameters of aluminum metal foam on heat transfer free convection is investigated numerically. Heat transfer and fluid flow in metal foam based on volume averaging theory and considering the thermal nonequilibrium condition for the energy equation, and the nonlinear DarcyBrinkmanForchheimer equation for the momentum equation is expressed in the porous region, microscopic equations in the pure fluid region and macroscopic equations in the porous region are solved. The finite element method has been used to solve numerical of momentum and energy equations in the porous region and pure fluid. In this study, influence of the inclination angle parameters of the metal foam heat sink, base temperature, and also geometric parameters of foam includes porosity, pore density, and foam height on the thermal performance of metal foam has been investigated. Numerical results show good agreement with the empirical results of otherschr('39') works. Numerical results indicate that at the same temperature, the average Nusselt number of the metal foam heat sink in the horizontal position is 62.6% higher than the horizontal flat plate. Horizontal metal foam has the highest average Nusselt number compared to other angles; For metal foam with a pore density of 5ppi and a porosity of 0.92 in the horizontal position, the average Nusselt number is 22.3% higher than in the vertical position. Besides, in the upward horizontal position, the average Nusselt number is 29.5% higher than in the downward horizontal position.