بررسي انتقال حرارت جابجايي طبيعي و اجباري در فين متخلخل با مقطع مستطيلي به روش نيمه تحليلي DTM

Free and forced convectional heat transfer analysis of rectangular porous fin with Differential transformation method

در اين پژوهش انتقال حرارت جابجايي طبيعي و اجباري در فين متخلخل با مقطع مستطيلي با در نظر گرفتن اثر افت فشار سيال عبوري از فين به صورت نيمه تحليلي مورد بررسي قرار مي گيرد. براي حل معادله ي بالانس انرژي از روش تبديل ديفرانسيلي استفاده شده است. دقت اين روش با پژوهش هاي انجام شده ي قبلي صحت سنجي شده و تطابق خوبي با نتايج بدست آمده، وجود دارد. در معادلات حاكم براي مدل كردن انتقال حرارت در محيط متخلخل، مدل دارسي در نظر گرفته شده است. به علاوه ضريب انتقال حرارت جابجايي ثابت فرض شده است. توزيع درجه حرارت بي بعد شده در طول فين به عنوان تابعي از پارامترهاي تخلخل و جابجايي در نظر گرفته شده است. همچنين اثر پارامتر‌ افت فشار بر مواردي مانند توزيع دما در طول فين، نرخ انتقال حرارت، بازده حرارتي و ضريب عملكرد فين مورد بررسي قرار گرفته است. به علاوه مقايسه اي بين فين صلب و متخلخل در شرايط يكسان جرم فين انجام شده است. در اين حالت مشاهده شده است كه در شرايط خاص، فين متخلخل انتقال حرارت بيشتري نسبت به فين صلب دارد . بر اساس نتايج بدست آمده، مي‌توان دريافت كه تمامي پارامتر‌هاي انتقال حرارت از پارامتر افت فشار تاًثير مي پذيرند. پس با انتخاب مناسب اين پارامتر مي توان انتقال حرارت و بازده مناسبي داشت.

In this article, the free and forced convectional heat transfer in a rectangular porous fin with considering pressure loss across the fin length is investigated analytically. A well-known Differential transformation method is employed to obtain the solution of energy balance equation. Convergence of obtained solution is examined by previous works and they are found to be in a good agreement. In order to simulate heat transfer through porous media, Darcy model is applied. Also, convective heat transfer coefficient is assumed to be constant. Dimensionless temperature distribution is defined as a function of convection and porosity parameters. The effects of pressure loss across the fin length on the temperature distribution, rate of heat transfer, fin efficiency and effectiveness of fin are also studied. A comparative study is also made between the porous and solid fins for an equal mass of fins. It is highlighted that the porous fin always transfers more heat at specific condition compared to the solid fin. Results show that all of the thermal parameters are influenced by pressure loss parameter. So in order to reach high fin efficiency, pressure loss across the fin length should be controlled.