بررسی عددی اثر ویژگیهای هندسی و ترموفیزیکی محیط متخلخل بر عملکرد حرارتی میکروکانال-چاه گرمایی فیندار
نویسندگان
1 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران.
2 دانشجو، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران.
doi
10.22044/jsfm.2025.15967.3953چکیده
در این پژوهش، عملکرد حرارتی میکروکانال-چاه گرمایی ادغامشده با محیط متخلخل بهصورت عددی و سهبعدی مورد بررسی قرار گرفته است. هندسه میکروکانال در سه نوع مختلف (مربعی، دایرهای و فیندار) در نظر گرفته شده است. شبیهسازیهای عددی با استفاده از نرمافزار انسیس فلوئنت و روش حجم محدود انجام شده است. محدوده عدد رینولدز جریان بین ۵۰ تا ۱۰۰۰ بوده که رژیم جریان آرام است. در این تحقیق، تأثیر فین با هندسه جدید، تغییرات شکل هندسی میکروکانال، تغییرات شار حرارتی، ضریب تخلخل، عدد دارسی و نسبت ضریب رسانایی حرارتی جامد به سیال در محیط متخلخل بر عملکرد حرارتی میکروکانال-چاه گرمایی ارزیابی شده است. نتایج نشان میدهند که میکروکانال مربعی-چاه گرمایی بهترین عملکرد حرارتی را نسبت به سایر هندسهها دارد. عملکرد حرارتی سیستم بهطور مستقیم تحت تأثیر توزیع مکانی شار حرارتی در سطح فعال است، که در بهبود انتقال حرارت نقش کلیدی ایفا میکند. همچنین استفاده از فین متخلخل موجب افزایش بازده حرارتی سیستم شده و میزان این افزایش به ویژگیهای محیط متخلخل مانند تخلخل، عدد دارسی و نسبت رسانایی حرارتی وابسته است؛ که در این میان، نسبت رسانایی حرارتی، تأثیرگذارترین عامل شناخته شد. بهویژه، هنگامی که ضریب تخلخل محیط متخلخل بهصورت تابعی از موقعیت در راستای جریان (z) تغییر یابد، میتوان تا ۳۸٪ بهبود در عملکرد حرارتی سامانه حاصل کرد. این تحقیق بهروشنی نشان میدهد که اصلاح ویژگیهای محیط متخلخل، بهویژه تخلخل و رسانایی حرارتی، نقش کلیدی در ارتقاء عملکرد سامانههای میکروکانال-چاه گرمایی دارد.
