مطالعه ي عددي انتقال حرارت جابه جايي طبيعي مزدوج در محفظه ي بسته متخلخل به روش شبكه-ي بولتزمن

Numerical Investigation of Conjugate Natural Convection Heat Transfer in Porous Enclosure with Lattice Boltzmann Method

در مقاله حاضر، به بررسي عددي انتقال حرارت جابه جايي طبيعي آرام در محفظه بسته مربعي متخلخل با دو ديواره جامد به روش شبكه ي بولتزمن مي پردازيم. در اين تحليل، محيط متخلخل در مقياس ماكروسكوپيك مدلسازي شده است و از مدل دارسي- برينكمن- فورش هايمر براي مدلسازي اين محيط در عدد پرانتل 1 و در محدوده اعداد دارسي 1-10 تا 4-10، رايلي 103 تا 106، ضريب تخلخل 4/0 تا 9/0، نسبت ضخامت ديواره 1/0 تا 4/0 و نسبت ضريب نفوذ حرارتي جامد به سيال 1 تا 100، استفاده شده است و اثرات محيط متخلخل با افزودن ضريب تخلخل در تابع توزيع تعادلي چگالي و افزودن ترم نيروهاي بدني در معادلات در نظر گرفته مي شود. اثر هر يك از پارامترهاي ذكر شده بر ميزان انتقال حرارت از هندسه توسط عدد ناسلت متوسط بررسي شده است. با توجه به نتايج بدست آمده، افزايش عدد دارسي، رايلي، ضريب تخلخل و نسبت ضريب نفوذ حرارتي با توجه به تغيير رژيم غالب انتقال حرارت از هدايت به جابه جايي، سبب افزايش ضريب انتقال حرارت و افزايش ضخامت ديواره به دليل كاهش بخش محيط متخلخل سبب كاهش ضريب انتقال حرارت مي‌شود.

In this study, the laminar conjugate natural convection inside a porous enclosure with two solid walls is studied numerically using the lattice Boltzmann method. The Porous media is simulated at the representative elementary volume scale. The Darcy–Brinkman–Forchheimer model is used to model the porous media in the range of 10-4 < Da < 10-1 for Darcy, 103 < Ra < 106 for Rayleigh, 0.4 < ? < 0.9 for porosity, 0.1 < tr < 0.4 for wall thickness ratio and 1 < Ar < 100 for thermal diffusion ratio number at pr=1. The influence of porous media is considered by introducing the porosity to the equilibrium distribution function and by adding a force term to the evolution equation. The effects of these parameters on heat transfer are investigated by an average Nusselt number. The results with respect to changes in heat transfer regime from conduction to convection show that any increase in Darcy, Rayleigh, porosity and thermal diffusion ratio number cause an increase in heat transfer coefficient. On the other hand, any increase in wall thickness ratio causing weakening of heat transfer coefficient.