Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmud Ashrafizadeh,Mohamad Reza Tavakoli nejad,Mohamadreza Salimpour
محمود اشرفی زاده (استاد مشاور) محمدرضا توکلی نژاد (استاد راهنما) محمدرضا سلیم پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Seyedalireza Rozati
سیدعلیرضا روضاتی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Analysis of Fluid Flow and Heat Transfer in a Perforated Porous Medium Inserted Channel
Heat transfer phenomena play a key role in industry. There are a lot of methods to increase heat transfer. One of these methods is the use of porous media. Porous media, by having pores, will increase the contact area, and it will increase heat conduction coefficient by consisting of solid phase. In this paper, a fully-developed laminar flow with convective heat transfer in a channel containing perforated porous media with constant heat flux boundary condition is considered. Using porous media in internal flows such as tubes and channels will lead to an increase in heat transfer and Nusselt number. In this investigation, the best case to increase heat transfer with logic pressure drop in a square channel is achieved. The best layout and arrangement of holes in porous media by considering a constant utilized porous media volume in channel with same depth is obtained. Symmetric modes of one-hole, 4-hole, 5-hole and 9-hole have been considered. The utilized porous media volume in each mode is constant; hence, by increasing the number of holes, the cross section radius of holes will be decreased. In addition, these mentioned modes are compared with a channel containing porous media without hole. In all modes, flow passing through porous media will lead to heat transfer and pressure drop increase compared with a flow in a pure channel. The purpose of using porous media is to create a reasonable balance between heat transfer coefficient and pressure drop so that heat transfer could be increased with a reasonable pressure drop. Regarding this issue, the performance evaluation criteria defined by PEC number is considered in addition to Nusselt number and friction factor. PEC number increase represents efficiency improvement in channels. In this project, 3 geometry variables including number of holes, the distance between holes (w*), and the ratio of holes' radiuses to each other (d*) are used. The best mode, having the maximum PEC number, is considered over porous media features including Darcy number and porosity. The results of simulation prove that it is possible to increase PEC number by utilizing a constant volume of porous media and mere the change of perforated porous media geometry arrangement. It is shown that a channel with 5-hole porous media (d * =0.58 and w*=0) is the optimized mode. Nusselt number will be increased by increase of holes' numbers because of larger contact area; however, there will be no tangible change in PEC number. Furthermore, pressure drop will be augmented by enlarging the holes' distances to each other since the major portion of fluid pass from channels' core regions. This means that pressure drop will be less by moving the holes to the center of channel and by moving them closer to walls, pressure drop will be increased. Key Words: Porous Media, Forced Convection, Laminar flow, Local Thermal Equilibrium Model, Performance Evaluation Criteria, Heat Transfer increase.
پدیده‌های انتقال گرما در بسیاری از مسائل صنعتی نقش مهمی را ایفا می‌کنند. روش‌های گوناگونی برای افزایش انتقال حرارت وجود دارد. یکی از روش‌های کاربردی در این زمینه استفاده از محیط‌های متخلخل است. محیط متخلخل با داشتن خلل و فرج موجب افزایش سطح تماس و با داشتن فاز جامد تشکیل‌دهنده آن موجب افزایش ضریب هدایت حرارتی می‌شود. در این پژوهش، به بررسی جریان آرام و کاملاً توسعه‌یافته و انتقال حرارت جابجایی اجباری در کانال حاوی ماده متخلخل سوراخ‌دار با شرط مرزی شار حرارتی ثابت پرداخته‌شده است. به‌کارگیری محیط متخلخل در جریان‌های داخلی مانند لوله یا کانال باعث افزایش انتقال حرارت و درنتیجه افزایش عدد نوسلت می‌گردد. در این پروژه،بررسی برای یافتن بهترین حالت جهت افزایش انتقال حرارت با افت فشار معقول در کانال مربعی شکل تحقق یافته است. با ثابت در نظر گرفتن حجم ماده متخلخل به‌کاربرده شده در کانال با عمق یکسان، بهترین چیدمان و آرایش سوراخ‌های ایجادشده در محیط متخلخل به‌دست‌آمده است. حالت‌های متقارن تک سوراخ، چهار سوراخ، پنج سوراخ و نه سوراخ بررسی گردیده است. در هر حالت، حجم ماده متخلخل به‌کاربرده شده ثابت است. درنتیجه با افزایش تعداد سوراخ‌ها، شعاع سطح مقطع سوراخ‌ها کاهش می‌یابد. همچنین حالات مذکور با کانال دارای ماده متخلخل بدون سوراخ مقایسه گردیده است. عبور جریان از ماده متخلخل در همه حالات باعث افزایش انتقال حرارت و افت فشار نسبت به جریان در کانال بدون ماده متخلخل می‌گردد. هدف از به‌کارگیری محیط متخلخل، ایجاد توازن معقولی بین دو پارامتر ضریب انتقال حرارت و افت فشار می‌باشد به‌طوری‌که با افت فشار معقولی، انتقال حرارت در کانال افزایش دهیم. در همین راستا علاوه بر بررسی پارامترهای نوسلت و ضریب اصطکاک برای حالات موردبررسی، معیار ارزیابی عملکرد PEC بررسی گردید. افزایش این عدد بیانگر بهبود عملکرد در کانال است. برای مطالعه حاضر از تغییر 3 متغیر هندسی تعداد سوراخ‌ها، فاصله سوراخ‌ها از یکدیگر، *w، و نسبت شعاع سوراخ‌ها نسبت به یکدیگر ،*d،استفاده‌شده است. درنهایت بهترین حالت که بیشترین PEC را دارا می‌باشد نسبت به ویژگی‌های محیط متخلخل یعنی عدد دارسی و تخلخل بررسی شد. نتایج مدل‌سازی حاکی از آن است که با به‌کارگیری حجم ثابتی از محیط متخلخل و تنها تغییر آرایش هندسه محیط متخلخل سوراخ‌دار می‌توان معیار ارزیابی عملکرد را افزایش داد. کانال با محیط متخلخل پنج سوراخ*0dبرابر0.58 و *w برابر صفر بهترین حالت می‌باشد. با افزایش تعداد سوراخ‌ها عدد نوسلت به دلیل افزایش سطح تماس بیشتر می‌شود اما معیار ارزیابی عملکرد تغییر محسوسی نخواهد داشت. همچنین، با دور شدن سوراخ‌ها از هم افت فشار بیشتری رخ می‌دهد؛ زیرا مقدار عمده سیال از نواحی مرکزی کانال عبور می‌کند. این بدین معنی است که هرچه سوراخ‌ها در وسط کانال باشند، افت فشار کمتر و هرچه سوراخ‌ها نزدیک به دیواره‌ها باشند، افت فشار بیشتر خواهد شد. کلمات کلیدی: محیط متخلخل، افزایش انتقال حرارت جابجایی، شبیه‌سازی عددی، مدل تعادل گرمایی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی