بررسی عددی انتقال حرارت جابجایی اجباری در کانال حاوی فیبر متخلخل

با افزایش سریع نیاز به انرژی در جهان، تسریع فرآیند انتقال حرارت و کاهش تلفات انرژی از اهمیت زیادی برخوردار است. جهت تسریع و بهبود انتقال حرارت در سیستم های مختلف، روش های متعددی پیشنهاد و ارائه شده است. در پژوهش پیشرو انتقال حرارت جابجایی توأم (آزاد و اجباری) در کانال پرشده با فیبر متخلخل و کانال نیمه پر، به روش عددی موردمطالعه و تحقیق قرارگرفته است. برای این منظور کانالی 3 بعدی، حاوی فیبرهای جامد با مقطع دایروی طراحی شده است. اکثر فیبرها عمود بر سطح جریان می باشند که تمامی این فیبرها به دیواره کانال متصل بوده و توسط تعدادی فیبر که در راستای جریان قرار دارند به یکدیگر متصل شده اند. فاصله هر فیبر تا فیبر بعدی در هر سه جهت اصلی برابر می باشد. کانال پرشده با فیبر متخلخل با چهار نسبت تخلخل متفاوت 66%،76%، 85% و 90% و کانال نیمه پر با دو نسبت تخلخل 85% و 90% حل شده است. در کانال نیمه پر، فیبرها دورتادور کانال به دیواره متصل شدهاند و مرکز کانال خالی می باشد همچنین کانال نیمه پر در سه نسبت ارتفاع 1/8 و 1/4، 1/3 طراحی شده است (منظور از نسبت ارتفاع، نسبت ارتفاع فیبر به ارتفاع کانال می باشد). کانال تحت شرایط مرزی با دمای دیواره ثابت بوده و از آب به عنوان سیال عامل استفاده شده است. جریان سیال آرام بوده و مسائله برای رینولدزهای مختلف حل شده است. عدد رینولدز بر اساس سرعت ورودی و قطر هیدرولیکی کانال، در شش مقدار 50، 100، 200، 300، 400 و 500 تغییر می کند. معادلات حاکم بر جریان 3 بعدی و غیرقابل تراکم به روش حجم محدود گسسته سازی و به روش عددی simple توسط نرم افزار فلوئنت حل شده اند. در تمامی موارد عدد پرانتل برابر pr=6.99 می باشد. لازم به ذکر است تمامی حالات فوق برای فیبر آلومینیومی با ضریب هدایت حرارتی 202.4(w/(m.k)) و فیبر مسی با ضریب هدایت حرارتی 387.6 k(w/(m.k)) حل شده است. عدد ناسلت محلی برحسب x^*=(x?l)/(pr.re) برای نسبت های مختلف تخلخل و همچنین عدد میانگین در طول کانال در اعداد رینولدز ذکرشده به دست آمده است.