تحلیل غیرخطی انتقال حرارت در محیط های پیوسته ناهمگن با گرادیان های شدید دما در سامانه های انرژی پیشرفته

در این پژوهش، یک چارچوب تحلیلی و عددی پیشرفته برای بررسی انتقال حرارت غیرخطی در محیط های پیوسته ناهمگن با گرادیان های شدید دما ارائه شده است. هدف اصلی، تحلیل رفتار حرارتی در سامانه های انرژی پیشرفته مانند راکتورهای هسته ای، سیستم های خنک کننده میکروسیالی و مواد متامتریال حرارتی است، جایی که فرضیات کلاسیک انتقال حرارت دیگر معتبر نیستند. معادلات حاکم بر مبنای قانون انرژی و با درنظرگیری وابستگی دما به خواص ترموفیزیکی ماده (هدایت حرارتی، چگالی و ظرفیت گرمایی ویژه) و همچنین اثر زمان تاخیر حرارتی بر اساس مدل Cattaneo–Christov استخراج شده اند. سپس با استفاده از روش عددی اجزای محدود تطبیقی، این معادلات برای هندسه های مختلف و شرایط مرزی پیچیده حل گردیدند. نتایج شبیه سازی ها نشان داد که ناهمگنی ماده و وابستگی دما به هدایت حرارتی منجر به شکل گیری گرادیان های حرارتی شدید، تمرکز گرمایی موضعی و ناپایداری در میدان دما می شود. در محیط های دارای هدایت حرارتی متغیر، توزیع دما از حالت یکنواخت خارج شده و رفتار غیرخطی آشکاری از خود نشان می دهد. افزون بر این، در شرایطی که تاخیر زمانی هدایت حرارتی لحاظ می شود، پدیده های موجی در انتقال حرارت ظاهر می شوند که تنها با مدل های غیرچهارفوریه ای قابل توصیف اند. تحلیل حساسیت پارامترها نیز بیانگر آن است که نسبت ناهمگنی هدایت حرارتی، ضریب غیرخطی وابسته به دما، و نرخ تولید حرارت داخلی از مهم ترین عوامل تاثیرگذار بر پایداری حرارتی هستند. مقایسه با داده های تجربی موجود نیز تطابق بالایی را میان مدل عددی و نتایج واقعی نشان داد و دقت مدل پیشنهادی را تایید کرد. در نهایت، مدل ارائه شده با ترکیب تحلیل های غیرخطی، ناهمگنی ماده و روش های عددی چندمقیاسی، ابزاری قدرتمند برای پیش بینی و کنترل رفتار حرارتی در سامانه های انرژی پیشرفته فراهم می سازد.

کلیدواژه ها:

انتقال حرارت غیرخطی ، محیط های ناهمگن ، گرادیان دمایی شدید ، روش اجزای محدود تطبیقی ، سامانه های انرژی پیشرفته