اثر نسبت منظري بر فرآيند ذوب مواد تغيير فازدهنده غيرنيوتني كارئو در فضاي متخلخل بين دو لوله عمودي

Effect of Aspect Ratio On the Melting Process of Carreau Non-Newtonian Phase Change Material in the Porous Space Between Two Vertical Pipes

در پژوهش حاضر، انتقال گرماي جابه‌جايي طبيعي در فرآيند ذوب يك ماده تغيير فازدهنده غيرنيوتني كارئو در فضاي بين دو استوانه عمودي هم مركز درحضور محيط متخلخل، با روش آنتالپي تخلخل مورد بررسي قرارگرفت. ابتدا معادلات پيوستگي، ممنتوم و انرژي حاكم بر فرآيند ذوب سيال غيرنيوتني استخراج گرديد، سپس جهت بدست آوردن الگوي كلي در خصوص مدل‌سازي فرآيند ذوب معادلات مذكور به صورت بي‌بعد نشان داده شده‌اند. موضوع استقلال از حل شبكه محاسباتي مدل هندسي، جهت بررسي دقت محاسبات، نيز كنترل گرديد. به منظور اعتبار سنجي نتايج ارائه شده، نتايج پژوهش حاضر با نتايج پژوهش‌هاي پيشين مقايسه گرديد. نتايج به دست آمده به صورت نمودارهاي تغييرات كسر حجمي مذاب بر حسب تغيير عدد استفان، شاخص تواني كارئو و ضريب تخلخل ارائه شده است. نتايج نشان داد كه با افزايش نسبت منظري از 5/0 تا 2 عدد ناسلت و سرعت افزايش ولي سرعت ذوب كاهش مي يابد. همچنين با افزايش عدد استفان و كاهش پارامتر تخلخل، سرعت ذوب افزايش مي‌يابد. بعلاوه در محيط متخلخل تغيير شاخص كارئو تأثيري بر روي نرخ فرآيند ذوب ندارد.

In the current study using the enthalpy-porosity method, natural convection heat transfer in the melting process of Carreau non-Newtonian PCM was investigated in porous media within the space between two co-centric vertical cylinders. First, continuity, momentum and energy equations were developed for the non-Newtonian fluid melting process. Then to obtain a general pattern for modeling the melting process, the aforementioned equations in the dimensionless mode were presented. To assure the accuracy of calculation, this study also controlled for the independency grid of the geometric model. To check for the validity, the results of this study were compared with prior studies. The results were expressed in the form of graphs of changes in melting volume fraction according to the change in Stephan number, Carreau index and porosity coefficient. The results showed that by increasing the aspect ratio from 0.5 to 2, Nusselt number and velocity increase but the velocity of melting decreases. The melting rate also increases with increasing Stefan number as well as decreasing porosity parameter. In addition, in a porous medium a change in the carreau index has no effect on the melting process rate.