تحليل عددي انتقال حرارت سيال غير نيوتني در محيط متخلخل

در اين مقاله از روش شبكه بولتزمن در بررسي جريان جابجايي اجباري و انتقال حرارت سيال غير نيوتني تواني بين دو صفحه موازي كه به صورت جزيي با محيط متخلخل پر شده، استفاده شده است. محيط متخلخل با موانع مربعي، با آرايش منظم ايجاد گرديده است كه امكان بررسي جريان‌هاي پيچيده در مقياس حفره را فراهم مي‌كند. علي‌رغم استفاده زياد از روش شبكه بولتزمن، بررسي انتقال حرارت با چيدمان موضعي ماده متخلخل و استفاده از مدل شبكه بولتزمن حرارتي از كارهاي نو در اين زمينه است. دو سيال تواني مختلف نازك شونده و ضخيم شونده، با سه آرايش متفاوت از بلوك هاي مربعي بين دو صفحه بررسي شده است. تاثير اعداد رينولدز مختلف بر روي پروفيل‌هاي سرعت و دما و همچنين عدد ناسلت بررسي گرديده است. نتايج به خوبي حركت جريان سيال و توزيع دماي داخل محيط متخلخل را نشان مي‌دهد. همچنين گردابه‌هاي ايجاد شده در پشت موانع مربعي در داخل محيط متخلخل، برحسب عدد رينولدز نمايش داده شده و تاثير آن بر انتقال حرارت مطالعه شده است. وجود موانع ثابت در دامنه محاسباتي به عنوان محيط متخلخل، باعث افزايش عدد ناسلت متوسط گشته و كاهش ضريب تواني و افزايش تعداد موانع باعث بهبود بيشتر انتقال حرارت مي گردد. In this paper, the lattice Boltzmann method (LBM) has been used to study fluid flow and forced convection heat transfer between two parallel plates partially filled by porous medium. A porous medium with regular arrangement of square obstacles has been used to provide a pore-scale analysis of complex flows. Despite the large use of LBM in the literature, the study of heat transfer with partial arrangement of porous material and employing thermal lattice Boltzmann method are the new contributions of this paper. Two different power-law fluids, shear thinning and shear thickening, with three different porous blocks are investigated. Effects of Reynolds number on the velocity, temperature profiles and Nusselt number are examined. Also, the rotating cells behind the obstacles in the porous medium are shown and the related effects on the heat transfer rate are analysed. The results show that using a porous medium inside the channel leads to an increase in the average Nusselt number. Decreasing the power index and increasing the number of obstacles can also enhance the heat transfer.

In this paper, the lattice Boltzmann method (LBM) has been used to study fluid flow and forced convection heat transfer between two parallel plates partially filled by porous medium. A porous medium with regular arrangement of square obstacles has been used to provide a pore-scale analysis of complex flows. Despite the large use of LBM in the literature, the study of heat transfer with partial arrangement of porous material and employing thermal lattice Boltzmann method are the new contributions of this paper. Two different power-law fluids, shear thinning and shear thickening, with three different porous blocks are investigated. Effects of Reynolds number on the velocity, temperature profiles and Nusselt number are examined. Also, the rotating cells behind the obstacles in the porous medium are shown and the related effects on the heat transfer rate are analysed. The results show that using a porous medium inside the channel leads to an increase in the average Nusselt number. Decreasing the power index and increasing the number of obstacles can also enhance the heat transfer