بررسي عددي جريان سيال و انتقال حرارت در محيط متخلخل بين دو صفحه موازي با استفاده از روش شبكه بولتزمن

Numerical Investigation of Fluid Flow and Heat Transfer on the Porous Media Between Two Parallel Plates Using the Lattice Boltzmann Method

در اين مقاله، جريان جابه جايي اجباري و انتقال حرارت بين دو صفحه موازي كه به صورت جزيي با محيط متخلخل پر شده، به صورت عددي با استفاده از روش شبكه بولتزمن بررسي شده است. محيط متخلخل با استفاده از موانع مربعي، با آرايش منظم ايجاد شده است كه امكان بررسي جريان‌هاي پيچيده در مقياس حفره را فراهم مي‌كند. علي‌رغم استفاده زياد از روش شبكه بولتزمن، بررسي انتقال حرارت با چيدمان موضعي ماده متخلخل و استفاده از مدل شبكه بولتزمن حرارتي از كارهاي نو در اين زمينه است. تاثير اعداد رينولدز مختلف بر روي پروفيل‌هاي سرعت و دما و همچنين عدد ناسلت، در محيط متخلخل بررسي شده است. در شبيه‌سازي انجام گرفته، ميدان جريان و دما با حل هم زمان توابع توزيع چگالي و دما، محاسبه شده است. نتايج به دست آمده به خوبي حركت جريان سيال و توزيع دماي داخل محيط متخلخل را نشان مي‌دهد. همچنين گردابه‌هاي ايجاد شده در پشت موانع مربعي در داخل محيط متخلخل، برحسب عدد رينولدز نمايش داده شده و تاثير آن بر انتقال حرارت مطالعه شده است. وجود موانع ثابت در دامنه محاسباتي به عنوان محيط متخلخل، باعث افزايش عملكرد گرمايي و عدد ناسلت متوسط مي‌شود. ضمناً، نتايج به دست آمده از روش شبكه بولتزمن، در حالت‌هاي ساده با حل‌هاي تحليلي موجود مقايسه شده است.

In this paper, forced convective flow and heat transfer between two parallel plates which partially filled with a porous medium are investigated numerically using the lattice Boltzmann method (LBM). In addition, porous medium is constructed by adiabatic square obstacles with regular arrangement in the computational domain. The effect of varying Reynolds number on the velocity and temperature profiles, and also the Nusselt number are studied. In this simulation velocity and temperature field are calculated using density and temperature distribution functions simultaneity. The flow pattern and temperature distribution in the porous medium are also shown at different Reynolds number. The results show that the average Nusselt number is increased by insertion of some fixed blocks in the channel. The obtained results, in some simplified cases, are compared with analytical solution.