شبیه سازی عددی جریان نانوسیال در یک کانال حلقوی با موانع متخلخل با استفاده از ترکیب مدل دارسی-برینکمن-فرچهیمر و مدل مخلوط دوفازی

در این مقاله، انتقال حرارت جریان جابجایی اجباری نانوسیال در یک کانال حلقوی با موانع متخلخل بر روی دیواره های داخلی و خارجی به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. نانوسیال با استفاده از مدل مخلوط دوفازی و جریان در ناحیه متخلخل بوسیله مدل دارسی-برینکمن-فرچهیمر شبیه سازی شده است. جریان سیال به صورت آرام، پایا، دوبعدی متقارن محوری و تراکم ناپذیر فرض می شود. همچنین محیط متخلخل یکنواخت و همگن بوده و خواص فیزیکی نانوسیال و محیط متخلخل ثابت فرض می شود. معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود و الگوریتم سیمپل حل شده اند. اثر پارامترهایی نظیر عدد دارسی، ارتفاع و ضخامت مانع متخلخل، نسبت هدایت حرارتی ناحیه متخلخل به سیال و کسرحجمی نانوذرات بر روی میدان جریان و انتقال حرارت و افت فشار بررسی شده است. نتایج نشان می دهد استفاده از موانع متخلخل در مسیر جریان منجر به تغییرات قابل ملاحظه ای در مشخصه های جریان و انتقال حرارت می شود. کاهش اعداد دارسی و رینولدز منجر به ایجاد گردابه در پشت موانع می شود که این گردابه ها تاثیر بسزایی بر روی انتقال حرارت دارند. با کاهش عدد دارسی انتقال حرارت به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. همچنین افت فشار شدیدی را در جریان ایجاد خواهد کرد. افزایش نسبت هدایت حرارتی ماتریس جامد به سیال باعث افزایش ناسلت محلی دیواره در ناحیه موانع خواهد شد که این افزایش در نفوذپذیری های بالا قابل توجه تر خواهد بود. با افزایش ارتفاع موانع متخلخل ضخامت لایه مرزی کاهش پیدا کرده و انتقال حرارت جابجایی افزایش می یابد.