اثر خواص ماتريس متخلخل بر توليد حرارت داخلي درون محفظه اشباع شده با نانوسيال آب-مس

Porous Matrix properties effect on the internal heat generation in a square cavity saturated with Cu-Water nanofluid

در مقاله حاضر به بررسي جابه جايي طبيعي نانوسيال آب-مس درون محفظه بسته اي كه قسمتي از آن با ماده متخلخل با توليد حرارت داخلي پر شده است پرداخته مي شود. نانوسيال مورد استفاده محلول مس-آب است كه براي تعيين خصوصيات آن از مدل هاي ماكسول و برينكمن استفاده شده است. به دليل سرعت هاي پايين نانوسيال، از معادله دارسي-برينكمن جهت مدل سازي محيط متخلخل استفاده مي شود. به منظور به دست آوردن بيشترين برداشت انرژي از منبع حرارتي وابسته به دما، پارامترهاي مختلفي مانند عدد رايلي، كسرحجمي نانوسيال، تخلخل ماتريس متخلخل و نسبت هدايت محيط متخلخل مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي دهد كه افزايش كسر حجمي نانوسيال سبب افزايش نوسلت در تمامي تخلخل ها مي شود كه اين افزايش در تخلخل هاي پايين بيشتر خواهد شد. تغييرات نسبت هدايت ماتريس متخلخل تنها در تخلخل هاي پايين اثرگذار بوده و سبب هدايت سريع حرارت توليد شده و افزايش دو برابري نوسلت خواهد شد. همچنين، تغييرات تخلخل سبب ايجاد نقطه مينيمم براي نوسلت در تخلخل هاي دامنه 4/0 تا 6/0 خواهد شد. با افزايش رايلي نفوذ نانوسيال به درون ماتريس متخلخل افزايش يافته و با خنك شدن ماتريس نوسلت بيشتري در تمامي دامنه تخلخل به دست مي آيد.

In this paper, natural convection of Cu-Water nanofluid inside an enclosure which is partially filled with porous media, with internal heat generation has been studied numerically. Cu-water nanofluid was used where Maxwell and Brinkmen models determine its properties. Due to the low velocity of nanofluid, Darcy-Brinkman equation was used for the modeling of porous media. In order to gain the maximum energy from the temperature dependent heat source, different parameters such as Rayleigh number, volume fraction of nanoparticles, porosity of porous matrix and heat conduction ratio have been investigated. The results show that increasing the volume fraction of nanofluid increases Nusselt number at all porosities and Nusselt further increases at lower porosities. Changes of thermal conductivity ratio were effective only at low porosities and cause fast conduction of generated heat and two-fold increase in Nusselt number. Moreover, the porosity changes at different thermal conductivity ratio cause minimum Nusselt at the porosity of 0.4 to 0.6. Increasing Rayleigh number will lead to nanofluid penetration increase into the porous matrix and with further matrix cooling greater increase in Nusselt number in all porosity ranges will be achieved.