معرفي ضخامت بحراني يك لايه متخلخل بر حسب نسبت تخلخل و اثر آن بر نرخ انتقال حرارت

The critical thickness of a porous layer with respect to the porosity and its effect on heat transfer rate

بررسي اثرات لايه متخلخل در يك محفظه بر انتقال حرارت جابجائي و دستيابي به مقدار بهينه انتقال انرژي در عايق هاي حرارتي از جمله مباحث پژوهشي به روز در انتقال حرارت است و طرح جامعي نيز در ادبيات مساله وجود ندارد. با توجه به اينكه در يك محفظه بسته با ديواره هاي قائم دماثابت، انتقال حرارت با وجود لايه هاي متخلخل عمودي بيشتر از لايه افقي مي باشد، در اين مقاله به بررسي اثر ضخامت لايه متخلخل عمودي بر انتقال حرارت جابجايي آزاد در يك محفظه جهت طراحي بهينه عايق هاي حرارتي به روش شبكه بولتزمن پرداخته شده است. بر همين اساس، پس از بررسي اجمالي اثر موقعيت لايه متخلخل عمودي بر مقادير عدد ناسلت متوسط، به بررسي اثر تغيير ضخامت لايه متخلخل پرداخته مي شود. در ابتدا، با تغيير موقعيت لايه متخلخل عمودي در محفظه مشاهده گرديد كه ميزان حرارت منتقل شده در حالتي كه لايه متخلخل در وسط محفظه قرار مي گيرد بيشتر از ساير حالات مي باشد. در ادامه با بررسي اثر ضخامت لايه متخلخل در اين موقعيت نشان داده شد كه در مقادير مشخصي از عدد رايلي و دارسي عدد ناسلت روند كاهشي از خود نشان مي دهد كه اين روند بر اساس عدد رايلي اصلاح شده قابل تفسير است. همچنين، ضخامت بحراني لايه متخلخل، (S/L)Crit. در مقادير متوسط اعداد رايلي اصلاح شده براي اولين بار گزارش شده است.

Investigation of the thermal effects of a porous layer in an enclosure has not been studied completely in the literature and this challenge is generally considered to be an open research topic that may require more study. As the heat transfer rate in a vertical porous layer is higher than a horizontal layer، in this paper the effect of thickness of the vertical porous layer on natural convection in an enclosure is completely investigated using the lattice Boltzmann method. Therefore، after studying the effect of position of a porous layer on the Nusselt number، the effects of thickness of the porous medium on heat transfer rate are investigated. The obtained results show that a considerable amount of convective heat rate is transferred using the middle-vertical porous layer; and by increasing the thickness of the layer، the values of Nusselt number decrease which can be described by definition of the modified Rayleigh number. In addition، the critical thickness of the porous layer inside the cavity، (S/L)Crit. are reported in the moderate Rayleigh numbers for the first time.