مقايسه انتقال حرارت در يك محفظه بسته داراي لايه متخلخل عمودي و افقي به روش شبكه بولتزمن

Comparison of heat transfer in a cavity between vertical and horizontal porous layers using LBM

در اين مقاله جريان سيال و انتقال حرارت جابجايي آزاد در يك محفظه داراي لايه متخلخل مياني با استفاده از روش شبكه بولتزمن، بررسي مي شود. روش شبكه بولتزمن به كار رفته براساس معادلات تعميم يافته ناوير-استوكس با در نظر گرفتن تمام نيروهاي وارد بر سيال و نيز نيروي درگ حاصل از ماتريس جامد مي‌باشد. نتايج اين تحقيق، شامل بررسي اثرات پارامترهاي بي بعد حاكم بر مساله از جمله عدد رايلي، عدد دارسي، ضريب تخلخل ماده متخلخل و نيز بررسي اثر موقعيت لايه متخلخل مياني در دو حالت عمودي و افقي بر جريان سيال و ميزان انتقال حرارت در محفظه مي‌باشد. اثرات تغيير عدد بي‌بعد دارسي و رايلي نيز به طور كامل مورد مطالعه قرار گرفته و عدد بدون‌ بعد رايلي اصلاح شده در حالت وجود لايه متخلخل محلي معرفي مي‌شود. با تغيير اين عدد بي‌بعد، رژيم غالب انتقال حرارت در لايه متخلخل مي تواند به صورت مكانيزم هدايتي تا جابجايي تغيير كند. همچنين با توجه به تغييرات عدد ناسلت متوسط مشاهده شد كه ميزان انتقال حرارت در محفظه در حالتي كه لايه متخلخل مياني بصورت عمودي در محفظه قرار مي گيرد، بالاتر است.

In this paper, natural convection heat transfer inside an enclosure which is partially filled with porous layer is reported using lattice Boltzmann method. Generalized equations in modeling flow in porous media have been employed which are coupled with the lattice Boltzmann formulation of the momentum and energy equations. The present study investigates the effect of position of porous layer on heat transfer rate for different dimensionless parameters, such as Rayleigh number, Darcy number and porosity of the porous layer. In addition, a modified Rayleigh number is presented as an effective parameter which affects the degree of penetration of the fluid into the porous layers. The obtained results showed that the heat transfer rate in the case of vertical layer is more than that of horizontal porous layers.