Skip to main content
SUPERVISOR
Mohamad Reza Tavakoli nejad,Mohamadreza Salimpour,Ebrahim Shirani
محمدرضا توکلی نژاد (استاد مشاور) محمدرضا سلیم پور (استاد راهنما) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyed Navid Roohani Isfahani
سیدنوید روحانی اصفهانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Porous Media Longitudinal Arrangement Design for Improvement of the Internal Convective Heat Transfer
Due to the lack of energy sources, improving energy conversion efficiency in heat exchangers is an important subject. Also increasing the heat transfer in systems that are related to the energy consumption could reduce the environment pollution. Different ways were suggested for enhancing the heat transfer in heat exchangers, among them convective heat transfer in systems including porous plug-ins attract many researchers due to the wide applications of these systems in engineering processes and equipment like geothermal energy recovery, air heaters, drying processes, electronics cooling, solid matrix heat exchangers, decreasing size of heat exchangers for aerial industries, etc. By using porous media, the space and material needed for heat exchanger would be reduced effectively. The aim of this thesis is to achieve improved alignment and optimal longitudinal distribution of porous material segments in the tube, to enhance heat transfer with appropriate and controllable pressure drop. Ratio between heat transfer and pressure for tube with porous media should be higher than tube without porous material. Laminar and forced flow regime with the input speed of 5.0 meters per second is considered. Volume ratio of porous material fixed to the tube at all times is considered as much as 18% of total volume of tube which is a critical quantity for porous material in tube. Indicating degrees of freedom are the number of blocks of porous material, distance between the blocks and size of them. Simulation was done using FLUENT software. Wall boundary conditions in two different modes of constant heat flux and a constant temperature of the wall are taken into account. A performance evaluation criteria (PEC), which is the ratio of Nu number to pressure loss in tube with porous material in compare to tube without porous media, is defined to find best mode of porous media arrangement. As the number of pieces of porous material increased, the heat transfer in tube increased too. Moreover, order of segments is from biggest to smallest in arrangement with highest PEC. It is determined that three blocks of porous media could effectively increase heat transfer in compare with one and two segments geometry. After determining the optimal geometry of the problem, the impact of other porous material parameters such as porosity, Darcy number and the effective thermal conductivity of porous media was studied in fluid and porous region. In optimized circumstances, PEC increases 66% for constant heat flux boundary condition and Nu number increase 95%. For constant temperature at the wall, PEC is determined 62.9% higher than tube without porous media. Moreover, Nu number increases 95% for constant wall temperature boundary condition in tube. Finally, all the simulations that assume local thermal equilibrium as a model to simulate heat transfer in porous media were compared with the Local thermal non-equilibrium assumption and it was concluded that thermal coefficient ratio less than 10, these two models match very good. However, for thermal coefficient ratio higher than these two models shows huge difference. For TKR number higher than 30, it is determined that average Nu number difference is higher than . Keywords: Heat transfer, Porous media, Convective heat transfer, Performance evaluation criteria, Local thermal equilibrium, Local thermal non-equilibrium.
یکی از راهکار‌های افزایش انتقال حرارت در مبدل‌های حرارتی استفاده از افزونه‌هایی مانند محیط متخلخل است. هدف در این پروژه دستیابی به چیدمان بهبودیافته و توزیع طولی بهینه ماده متخلخل در لوله، جهت بالا بردن انتقال حرارت و بصورت همزمان کنترل سطح افت فشار در میزان توجیه‌پذیر است. رژیم جریان آرام و اجباری با سرعت ورودی 5/0 متر بر ثانیه در نظر گرفته شده است. نسبت حجم ماده متخلخل به حجم لوله در تمامی هندسه‌ها برابر مقدار ثابت 18/0 در نظر گرفته شد. قید در این مسئله میزان ماده متخلخل و درجات آزادی شامل تعداد بلوک‌های ماده متخلخل، فاصله بلوک‌ها و نسبت اندازه این بلوک‌ها است. شرایط مرزی دیواره لوله در دو حالت متفاوت شار حرارتی دیواره ثابت و دمای ثابت دیواره در نظر گرفته‌شده است. با افزایش تعداد تکه‌های ماده متخلخل در لوله میزان انتقال حرارت هم افزایش یافت. همچنین همواره برای داشتن بیشترین میزان انتقال حرارت بزرگ‌ترین تکه از ماده متخلخل در ابتدای لوله و بقیه تکه‌ها هم از بزرگ به کوچک بعد از این تکه جاگذاری می‌شدند. بعد از تعیین هندسه بهینه در مسئله، تأثیر سایر پارامتر‌های ماده متخلخل از جمله تخلخل، عدد دارسی و نسبت ضریب هدایت حرارتی مؤثر محیط متخلخل به سیال موردمطالعه قرار گرفت. برای بررسی عملکرد ماده متخلخل از معیار ارزیابی عملکرد، PEC، استفاده شد. با افزایش تخلخل، عدد دارسی و نسبت ضریب هدایت حرارتی مؤثر محیط متخلخل به سیال عدد PEC افزایش می‌یابد. در حالت سه تکه ماده متخلخل و در بهترین حالت برای شرط مرزی شار ثابت عدد PEC 66% و عدد ناسلت 95% افزایش یافت. برای شرط مرزی دمای ثابت دیواره این دو پارامتر به ترتیب %9/62 و 91% افزایش پیدا کرد. درنهایت تمامی این شبیه‌سازی‌ها که با فرض تعادل گرمایی موضعی انجام شد با فرض عدم تعادل گرمایی موضعی مورد مقایسه قرار گرفت و این نتیجه حاصل شد که در عدد10tkr= این دو فرض تطابق خوبی دارند اما به ازای 30tkr= اختلاف زیادی در نتایج به وجود خواهد آمد، بطوریکه عدد ناسلت متوسط در دو حالت 30 درصد اختلاف پیدا می‌کند. کلمات کلیدی: انتقال حرارت، محیط متخلخل، طراحی ساختاری، مدل عدم تعادل گرمایی موضعی، مدل تعادل گرمایی موضعی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی