تحليل عددي جريان و انتقال حرارت جابجايي طبيعي در محفظه‌ي قطاعي گرم‌شده از كف با استفاده از لايه‌ي متخلخل

Numerical analysis of flow and natural convection heat transfer in a circular enclosure heated from bottom utilizing porous layer

در مقاله‌ي حاضر، جريان آرام و انتقال حرارت نانوسيال 4‌O‌3‌Fe‌‌/‌ آب در يك محفظه‌ي دايروي به صورت عددي و با روش دو‌فازي بونجيورنو انجام شده است. يك لايه‌ي متخلخل به ديواره‌ي داغ محفظه جاگذاري شده و اعمال ميدان مغناطيسي يكنواخت خارجي موجب ايجاد اثرات مگنتوهيدروديناميكي در محفظه شده است. تمامي معادلات به صورت بي‌‌بعد حل شده و توزيع غلظت نانوذرات ارائه شده است. پارامتر‌هاي كنترلي در اين مطالعه شامل عدد دارسي 10-1≤Da≤10-6، زاويه‌ي اعمال ميدان مغناطيسي 090، عدد هارتمن 200≥Ha≥0، ضريب انتقال حرارت هدايتي موثر لايه‌ي متخلخل 10100، عدد رايلي 105×5≤Ra≤0، پارامتر‌هاي هندسي نظير ضخامت لايه‌ي متخلخل 09/010/0 و زاويه‌ي مركزي محفظه 90≥θ≤0 مي‌باشد. نتايج بدست‌آمده از بررسي‌هاي انجام‌شده به صورت نمودار، كانتور و همچنين خطوط جريان، وابستگي عدد ناسلت به پارامتر‌هاي كنترلي را نشان مي‌دهد. بر اساس نتايج بدست‌آمده، با تغيير عدد دارسي، عدد ناسلت ميانگين تغيير يافته و مقدار مشخصي از عدد دارسي وجود دارد كه كمتر از آن مقدار، جاگذاري لايه‌ي متخلخل موجب كاهش انتقال حرارت مي‌گردد. با اين وجود، با افزايش عدد هارتمن كه موجب اعمال نيروي لورنتس مي‌شود، عدد ناسلت كاهش خواهد يافت زيرا مومنتوم جريان سيال و بنابراين انتقال حرارت جابجايي در داخل محفظه كاهش مي‌يابد.

In the present paper, laminar flow and heat transfer of /water nanofluid in a circular enclosure have been numerically carried out using the Buongiorno’s model. A porous layer is attached to the hot wall of the enclosure and an applied uniform external magnetic field generates magnetohydrodynamic effect in the cavity. The simulations are performed utilizing a two-phase model and nano particle concentration distribution is presented. All of the equations are solved in dimensionless form. The control parameters in this study are Darcy number , angle of the applied magnetic field , Hartmann number , effective conductive heat transfer coefficient of the porous layer , Rayleigh number , geometrical parameters like porous layer thickness , and central angle of the cavity . The gained results which are derived in form of plots, contours, and also streamlines show the dependency of Nusselt number to control parameters. According to the results, any changes in Darcy number cause Nusselt number variations, and also there is a specified Darcy number that heat transfer reduces by an increase of Darcy number. Moreover, by an increment of Hartmann number, leading to higher Lorentz force, the average Nusselt number will reduce because the momentum of fluid flow and consequently convective heat transfer decrease inside the enclosure.