بررسي عددي انتقال حرارت در پره متخلخل با توزيع تخلخل ناهمگن و با در نظر گرفتن اثر تشعشع حرارتي

Numerical analysis of heat transfer in porous fin with non-homogeneous porosity and considering thermal radiation effect

در پژوهش حاضر، انتقال حرارت در يك پره ي متخلخل با در نظر گرفتن مكانيزم انتقال حرارت جابجايي طبيعي و تشعشعي مورد تحليل و بررسي قرار ميگيرد. براي مدل سازي مكانيزم انتقال حرارت تشعشعي از مدل تشعشعي جهت هاي مجزا (DO) استفاده شده است. همچنين براي مدل سازي محيط متخلخل، مدل دارسي برينكمن فورچهايمر در نظر گرفته شده است. براي حل معادلات حاكم بر مسئله، از روش حداقل مربعات و روش ديناميك سيالات محاسباتي استفاده شده است. صحت و دقت نتايج حاصل از روش حداقل مربعات با نتايج حاصل از روش شبيهسازي عددي، مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين تاثير پارامترهايي نظير توزيع همگن و ناهمگن تخلخل در طول محيط متخلخل، عدد رايلي، عدد دارسي، تخلخل و ضريب صدور سطح بر روي توزيع درجه حرارت در طول فين متخلخل و عدد ناسلت فين متخلخل مورد بررسي قرار گرفته است. بر اساس نتايج بدست آمده، نتايج حاصل از حل حداقل مربعات، با نتايج حاصل از شبيه سازي عددي، انطباق خوبي دارند. متوسط خطا در اين حالت 3.39% است. همچنين صرف نظر كردن از اثر مكانيزم انتقال حرارت تشعشعي در آناليز انتقال حرارت فين متخلخل به طور متوسط 10−20% خطا در محاسبه عدد ناسلت ايجاد مينمايد. به علاوه با در نظر گرفتن توزيع ناهمگن غير خطي تخلخل، در راستاي طولي محيط متخلخل، افزايش 23% در عدد ناسلت فين محيط متخلخل مشاهده ميگردد. پس با انتخاب مناسب پروفيل توزيع تخلخل ميتوان نرخ انتقال حرارت را به طرز قابل توجهي افزايش داد.

In this study, the analysis of heat transfer in porous fin considering thermal radiation and natural convection is investigated. In order to model radiation, discrete ordinates method is used. Also, Darcy–Brinkman–Forchheimer model is applied for simulating porous media. A Least square method and numerical simulation (computational fluid dynamics) are applied to obtain the solution of governing equations. In addition, accuracy of LSM results is compared with the numerical simulation results. Moreover, the effects of homogeneous and non-homogeneous porosity along the porous media, Rayleigh number, Darcy number, porosity, surface emissivity, on temperature distribution along the length of porous fin and Nusselt number are investigated. Results show that the numerical simulation and LSM results are in good agreement with each other (With average error of 3.39%). Also neglecting thermal radiation effect in heat transfer analysis of porous fin leads to 10- 20% error in the Nusselt number value. Moreover, by applying nonlinear variable porosity along the porous media, the Nusselt number will increase up to 23% with respect to the homogeneous porosity. So in order to enhance heat transfer rate, porosity profile should be applied appropriately along the porous media.