شبيه‌سازي تجربي وعددي انتقال كوپل حرارت و آب در محيط متخلخل خاك

علم انتقال حرارت يكي از مهم‌ترين و پركاربردترين علوم مهندسي است. محيط متخلخل به خاطر ساختار خود، سطح انتقال حرارت بزرگي را در يك حجم مشخص فراهم مي‌كند ازاين‌رو بررسي انتقال حرارت در محيط متخلخل خاك به خاطر اهميت در لايه‌هاي زيرين خاك و جذب آب و ريشه در سال‌هاي اخير مورد توجه قرارگرفته است. در اين مطالعه، انتقال كوپل حرارت و آب در محيط متخلخل خاك كه انتقال حرارت به طريق همرفت با استفاده از ترموگراف (IRT) و در شرايط آزمايشگاهي بررسي‌شد، آزمايش‌ها در مدل فيزيكي ساخته‌شده در گروه فني و مهندسي دانشگاه شهر پادوا5 در كشور ايتاليا انجام‌گرفت. آناليز عددي بر اساس تفاضلات محدود و معادله انتقال حرارت در محيط متخلخل و با استفاده از مدل كومسول صورت گرفت. اندازه‌گيري درجه حرارت در محيط متخلخل اشباع‌شده از شن با استفاده از ترموكوپل و در نقاط تعيين‌شده محيط و در كوپل هاي مختلف حرارت و دبي جريان آب (q1,q2,T1,T2,T3,T4,T5) انجام شد. مقايسه نتايج تجربي و عددي نشان مي‌دهد كه مدل كامسول با دقت زيادي انتقال كوپل حرارت و آب و نيز پخشيدگي سطحي حرارت را در محيط متخلل خاك شبيه‌سازي مي‌كند. در انتقال كوپل حرارت و آب در محيط متخلخل در مقدار جريان آب بيش تر، زمان كم تري براي رسيدن به حالت پايدار سپري مي‌شود. نتايج تجربي نشان داد كه در انتقال كوپل حرارت و آب، ديفيوژن طولي پروفيل حرارت در محيط متخلخل با افزايش حرارت بيش تر خواهد شد. هرچه مقدار دبي جريان آب بيش تر باشد ديفيوژن طولي پروفيل حرارت در طول محيط نيز كم تر خواهد بود (ديفيوژن طولي پروفيل حرارت كوپل q2T4 بيش تر از كوپل q1T4نشان داده شد). هرچه درجه حرارت بيش تر شود زمان توسعه‌يافتگي پروفيل حرارت و رسيدن به حالت پايدار در محيط متخلخل افزايش مي‌يابد. با ثابت ماندن مقدار جريان و افزايش دما، زمان توسعه‌يافتگي پروفيل حرارت براي رسيدن به حالت پايدار در طول محيط متخلخل و در فواصل طولي تعيين‌شده كاهش مي‌يابد.