مدل سازي جريان توسعه يافته آرام در حضور انتقال جرم و حرارت درون كانال پيل سوختي

Modeling of Laminar Fully Developed Flow in the Presence of Mass and Heat Transfer inside the Fuel Cell Channel

در اين مقاله جريان آرام و توسعه يافته همراه با انتقال حرارت و جرم در يك كانال پيل سوختي با سطح مقطع مستطيلي مورد بررسي قرار گرفته است. كانال مستطيلي مستقيم بوده و داراي يك ديوار متخلخل و سه ديواره غيرمتخلخل است. معادلات حاكم شامل معادلات ممنتوم و انرژي هستند كه توسط يك كد دوبعدي (شبه سه بعدي) حل شده و منحني هاي توزيع سرعت، توزيع فشار و توزيع دما در طول كانال و پارامترهاي بدون بعد جريان مانند ضريب اصطكاك و عدد ناسلت در نسبت منظري هاي مختلف كانال محاسبه و ترسيم شده اند. براي جريان از شرط مرزي عدم لغزش و براي انتقال حرارت از شرط مرزي معمول در پيل سوختي استفاده شده است. به طوري كه روي ديواره متخلخل از شرط مرزي شار حرارتي ثابت و روي سه ديواره غيرمتخلخل از شرط مرزي ثابت دما استفاده شده است. نتايج نشان مي دهند كه براي يك نسبت منظري معين، ضريب اصطكاك در حالت تزريق بيشتر از مكش است و با افزايش ميزان تزريق و مكش، اختلاف آنها بيشتر مي شوند. علاوه بر اين، مقدار ضريب اصطكاك براي نسبت منظري يك (سطح مقطع مربعي) چه براي تزريق و چه مكش حداقل است. عدد ناسلت هم براي تزريق و هم براي مكش در نسبت منظري واحد حداقل است. همچنين توزيع سرعت و دما در طول كانال و همچنين توزيع بي بعد اين دو پارامتر همراه با تزريق و مكش و بدون آن در نسبت منظري هاي مختلف ترسيم و مورد بحث قرار گرفته اند.

In this paper, the laminar and fully developed flow with heat and mass transfer in a fuel cell channel with rectangular cross-section is investigated. The rectangular channel is straight and has a porous wall and three non-porous walls. The governing equations including the momentum and energy equations solved by a two-dimensional code (quasi-three-dimensional), and the velocity, pressure and temperature distribution curve along the channel, and non-dimensional flow parameters such as the friction coefficient and the Nusselt number in different aspect ratios are calculated and plotted. For the flow, the non-slip boundary condition is used and for the heat transfer, the usual boundary conditions in the fuel cell is used, so that on the porous wall, the constant heat flux boundary condition is used and on three other non-porous walls, constant temperature boundary condition is used. The results show that for a given aspect ratio, the friction coefficient in the injection condition is greater than suction condition, and by increasing the amount of injection and suction, the difference between them increases. In addition, the value of friction coefficient for unit aspect ratio 1 (square cross-section) is minimal for suction and ejection. The value of the Nusselt number is minimal at unit aspect ratio for both suction and injection. Also, the distribution of velocity and temperature along the channel as well as the dimensionless distribution of these two parameters along with injection and suction and without it in different aspect ratios are plotted and discussed.