مطالعه تحلیلی انتقال حرارت مزدوج در جریان های سیال پیچیده با کاربرد در مدیریت حرارتی تجهیزات تبدیل انرژی

در این پژوهش انتقال حرارت مزدوج (CHT) در جریان های سیال پیچیده با هدف بهبود عملکرد حرارتی و بازده اگزرژی در سامانه های تبدیل انرژی مورد مطالعه قرار گرفته است. روش تحقیق مبتنی بر مدل عددی ترکیبی (Lattice Boltzmann-Finite Volume (LB-FV است که به طور همزمان فرآیند رسانش در فاز جامد و جابجایی در فاز سیال را مدل سازی می کند. در این مطالعه اثر پارامترهای کلیدی شامل عدد رینولدز (Re)، نسبت هدایت حرارتی جامد به سیال (sk) و نوع سیال (نانوسیال مغناطیسی و غیر نیوتنی) بر رفتار حرارتی و اگزرژی سیستم بررسی شده است. نتایج نشان داد که افزایش عدد رینولدز موجب کاهش ضخامت لایه حرارتی و افزایش عدد نوسلت میانگین تا حدود ۴۵ می شود. همچنین افزایش نسبت هدایت حرارتی جامد به سیال از ۱ تا ۲۰ موجب افزایش قابل توجه یکنواختی دما و بهبود نرخ انتقال حرارت کلی گردید. بررسی اثر نوع سیال نشان داد که استفاده از نانوسیالات هیبریدی نظیر Fe۳-SiO۲ و Al۲O۳-CuT موجب افزایش بازده اگزرژی تا ۸۳ و کاهش تولید آنتروپی کل تا حدود ۱۶% نسبت به سیال پایه شد. در عین حال، نتایج تحلیل حساسیت نشان داد که عدد رینولدز بیشترین تاثیر را بر ضریب انتقال حرارت دارد، در حالی که تغییرات نسبت هدایت حرارتی جامد به سیال تاثیر ثانویه اما قابل توجهی دارد. اعتبارسنجی مدل با داده های تجربی و مطالعات مرجع نشان داد که اختلاف نتایج کمتر از ۳% است که نشانگر دقت بالای مدل در پیش بینی رفتار حرارتی در شرایط مزدوج می باشد. یافته های این پژوهش می تواند در طراحی بهینه مبدل های حرارتی سامانه های خنک کاری تجهیزات الکترونیکی و مدیریت حرارتی سامانه های تبدیل انرژی مانند پیل های سوختی و توربین های کوچک مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

انتقال حرارت مزدوج ، سیالات پیچیده ، نانوسیالات هیبریدی ، بازده اگزرژی ، تحلیل عددی