شبیه سازی عددی جریان و انتقال حرارت در مبدل حرارتی تحت صفحات متخلخل توسط روش شبکه بولتزمن

در این پژوهش از روش شبکه بولتزمن برای بررسی انتقال حرارت و جریان سیال در یک مبدل حرارتی پر شده با محیط متخلخل استفاده شده است. جریان به صورت آرام، پایا، تراکم ناپذیر و دوبعدی فرض شده است. مدل برینکمن –فورچایمر برای شبیه سازی محیط متخلخل مورد استفاده قرار گرفته است. هندسه مسلئه به صورت یک حفره با ورودی و خروجی جریان و سه فین همدما در داخل آن مدل شده است. دیواره های حفره به صورت عایق در نظر گرفته شده است. در هندسه مورد نظر، روش شبکه بولتزمن با مدل نه سرعته و تقریب بی جی کی برای عملگر برخورد در شبیه سازی جریان و انتقال حرارت مورد استفاده قرارگرفته است. در این شبیه-سازی اثر تغییر عدد رینولدز و پرانتل و مقادیر مختلف تخلخل و همچنین اثر موقعیت فین 2 بر روی میدان دما و جریان مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی برای اعداد رینولدز در محدوده بین 10 تا 60 و برای اعداد پرانتل در محدوده بین 5/0 تا 5 در مقادیر مختلف تخلخل بین 3/0 تا 1 انجام شده است. در این مطالعه عدد دارسی برابر 10-3 و نسبت ضریب هدایت محیط متخلخل به سیال برابر 100 می باشد. نتایج به صورت خطوط جریان، خطوط همدما، نمودارها ی عدد ناسلت متوسط نشان داده شده است. در ابتدا نتایج به دست آمده در دو مرحله برای جریان سیال و انتقال حرارت اعتبار سنجی شده است. نمودارهای سرعت بدون بعد و عدد ناسلت متوسط و موضعی تطابق خوبی را با کارهای گذشته نشان می دهد. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش عدد رینولدز و عدد پرانتل، انتقال حرارت در فین ها افزایش می یابد. همچنین با کاهش تخلخل در فین اول عدد ناسلت به ترتیب افزایش می یابد. در فین 2 در اعداد رینولدز و پرانتل پایین با کاهش تخلخل، عدد ناسلت کاهش می یابد، اما در اعداد رینولدز بالا، عدد ناسلت افزایش می یابد. علاوه بر این در فین3 کاهش تخلخل باعث کاهش مقدار عدد ناسلت متوسط در این فین می شود. همچنین نتایج نشان می دهد که بیشترین افزایش عدد ناسلت در فین 1 و 2، هنگامی رخ می دهد که فین 2 به ترتیب در موقعیتp3 وp1 قرار گرفته باشد.