İçinde ısıtıcı bloklar bulunan bir kanalda gözenekli malzeme kullanımının akışa ve ısı transferine etkilerinin sayısal analizi

Numerical investigation of fluid flow and heat transfer in a channel with discrete heat sources and porous layer

Özet

Bu çalışmada duvarları üzerine ısıtıcı elemanlar yerleştirilmiş, alt ve üst yüzeyi yalıtılmış dikdörtgen kesitli kanalda, ısıtıcı elemanlar arasına yerleştirilen gözenekli katman yüksekliğinin, Darcy sayısının ve Reynolds sayısının akışkan akışı ve ısı transferi üzerine etkileri sayısal olarak incelenmiştir. İncelemelerde üç bloklu ve altı bloklu kanallar ele alınmıştır. Blokların arasına gözenekli malzeme bulunmaktadır. Kanal içerisindeki akışkan akışı Navier-Stokes denklemleriyle; gözenekli ortamdaki akışkan akışı Darcy-Forchheimer-Brinkman modeli ile modellenmiştir. Kontrol hacmi esasına dayalı SIMPLE algoritması kullanan bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Simulasyon sonuçlarından gözenekli katman yüksekliğinin artması ile ortalama Nusselt sayısının arttığı ve boyutsuz maksimum sıcaklığın azaldığı görülmüştür. Darcy sayısınm artması ile, yüksek Reynolds sayılarında, ortalama Nusselt sayısının arttığı ve boyutsuz maksimum sıcaklığın sınırlı miktarda azaldığı görülmüştür. Reynolds sayısının artması ile ortalama Nusselt sayısının arttığı ve boyutsuz maksimum sıcaklığın azaldığı görülmüştür.

Abstract

Laminar forced convection cooling of heat generating blocks mounted in a parallel plate channel is presented in this numerical investigation. Three and six heat generating blocks are mounted in the channel. The effect on heat transfer of insertion of a porous matrix is considered. The Navier-Stokes equations are used to solve fluid flow in the channel. The Brinkman Forchheimer extended Darcy model is used to model the flow inside the porous domain. A computer program based on SIMPLE algorithm is modified. The mass, momentum and energy equations are solved numerically by a control volume based procedure, temperature and velocity distributions are determined. The study demonstrates the effect of several operating parameters such as porous layer thickness, thermal conductivity ratio, Darcy number and inertial coefficient on the thermal performance of the flow. The results show that heat transfer can be enhanced by insertion of high conductivity porous material and the effect of several operation parameters may enhance heat transfer rate on heat generating blocks.