بررسي تجربي انتقال حرارت جابجايي اجباري در كانال متخلخل با توليد حرارت داخلي

Experimental investigation of force convection heat transfer in porous channel with internal heat generation

در مطالعه حاضر انتقال حرارت جابجايي اجباري در كانال استوانه‌اي بستر دانه‌اي با توليد حرارت داخلي مورد بررسي تجربي قرار گرفته است. هواي خشك به عنوان سيال عامل در فرايند خنك كاري دانه‌هاي كروي گرم شده، مورد استفاده قرار گرفته است. حرارت داخلي با روش گرمايش القايي الكترومغناطيس در دانه‌هاي كروي فلزي استفاده شده در قسمت آزمايش به صورت يكنواخت توليد شده است. قطر دانه‌هاي كروي در محدوده 5/5 تا 5/7 ميلي‌متر است و جنس آنها فولاد ضد زنگ انتخاب شده است. مطالعه حاضر در حالت جريان پايا و در رژيم جريان مغشوش در محدوده عدد رينولدز 4500 تا 9500 انجام گرفته است. پارامترهاي مختلف ناشي از تغييرات قطر دانه‌ها، سرعت سيال و مقدار حرارت توليدي بر روي انتقال حرارت جابجايي اجباري در كانال متخلخل مطالعه شده است. با توجه به مطالعات هيدروديناميكي و حرارتي مي‌توان دريافت كه با افزايش عدد رينولدز، ضريب انتقال حرارت جابجايي افزايش مي‌يابد. همچنين ضريب انتقال حرارت جابجايي با افزايش قطر دانه‌ها كاهش يافته است. مقدار حرارت توليدي تاثير ناچيزي بر ضريب انتقال حرارت جابجايي داشته است و تاثير فشار بر روي انتقال حرارت جابجايي اهميت ناچيزي دارد. كانال متخلخل در مقايسه با كانال خالي ضريب اصطكاك را به شدت افزايش مي‌دهد. در كانال خالي ضريب اصطكاك همواره عددي كمتر از واحد است ولي براي كانال متخلخل اين پارامتر عددي در محدوده 10 تا 25 گزارش شده است.

In this study forced convection heat transfer in a pebble bed cylindrical channel with internal heat generation was investigated experimentally. Dry air has been used as working fluid in heated spheres cooling process. Internal heating was generated uniformly by electromagnetic induction heating method in metallic spheres which were used in the test section. Spheres are made of stainless steel and their diameter is in the range of 5.5-7.5 mm. The present study was performed at steady state and turbulence flow regime, with Re number in the range of 4500-9500. Different parameters resulted from variation of spheres diameter, flow velocity and generated heat on forced convection heat transfer were studied. According to thermal and hydrodynamics studies, it can be said as Re number increases, heat transfer coefficient will also increase. Morover, heat transfer coefficient has been increased by the decrement in the spheres’ diameter. The generated heat has little influence on heat transfer coefficient. The effect of pressure variations on forced convection heat transfer can be neglected. Porous channel has greater friction factor in comparison with an empty channel. The friction factor in empty channel is always less than 1 but for porous channel this parameter is in the range of 10-25.