بررسی ضریب اصطکاک و انتقال حرارت جابجایی در لوله متخلخل با فوم فلزی برپایه مدل دومعادله ای

در این مطالعه، یک راه حل تحلیلی فرم بسته برای جریان اجباری کاملا توسعه یافته در لوله استوانه ای جزئی پرشده با فوم فلزی سلول باز ارائه شد. میدان جریان با مدل برینکمن–دارسی و انتقال حرارت بین فاز جامد و سیال با مدل عدم تعادل حرارتی موضعی (LTNE) بررسی گردید. LTNE نسبت به فرض تعادل حرارتی موضعی (LTE) پیش بینی دقیق تری، به ویژه در نسبت رسانایی بالای جامد به سیال، فراهم می کند. صحت مدل با مقایسه دو حالت حدی لوله توخالی و لوله کاملا پرشده تایید شد. به دلیل فرم بسته بودن پاسخ، عملکرد سیستم در کل بازه تخلخل (۰,۱) به صورت پیوسته قابل ارزیابی است. نتایج نشان داد با افزایش شعاع بی بعد فصل مشترک، ضریب اصطکاک کاهش یافته و با عدد رینولدز رابطه معکوس دارد. عدد ناسلت نسبت به تخلخل رفتاری غیریکنواخت دارد و برای هر چگالی منافذ، یک تخلخل بهینه برای بیشینه سازی انتقال حرارت وجود دارد؛ برای ω=۳۰ PPI، ۰.۸۷= ε به دست آمد. همچنین وابستگی Nu به شعاع فصل مشترک غیرخطی است و در برخی بازه ها عملکرد حرارتی از لوله توخالی نیز کمتر می شود. در مجموع، آرایش جزئی پرشده با انتخاب مناسب پارامترهای هندسی و مورفولوژیکی می تواند توازن موثری میان افزایش انتقال حرارت و کنترل افت فشار ایجاد کند.

کلیدواژه ها:

ضریب اصطکاک ، انتقال حرارت جابجایی اجباری ، لوله ، فوم فلزی ، مدل دو معادله ای ، عدم تعادل حرارتی موضعی