اثر نسبت منظری بر فرآیند ذوب مواد تغییر فازدهنده غیرنیوتنی کارئو در فضای متخلخل بین دو لوله عمودی

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران

4 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

چکیده

در پژوهش حاضر، انتقال گرمای جابه‌جایی طبیعی در فرآیند ذوب یک ماده تغییر فازدهنده غیرنیوتنی کارئو در فضای بین دو استوانه عمودی هم مرکز درحضور محیط متخلخل، با روش آنتالپی تخلخل مورد بررسی قرارگرفت. ابتدا معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی حاکم بر فرآیند ذوب سیال غیرنیوتنی استخراج گردید، سپس جهت بدست آوردن الگوی کلی در خصوص مدل‌سازی فرآیند ذوب معادلات مذکور به صورت بی‌بعد نشان داده شده‌اند. موضوع استقلال از حل شبکه محاسباتی مدل هندسی، جهت بررسی دقت محاسبات، نیز کنترل گردید. به منظور اعتبار سنجی نتایج ارائه شده، نتایج پژوهش حاضر با نتایج پژوهش‌های پیشین مقایسه گردید. نتایج به دست آمده به صورت نمودارهای تغییرات کسر حجمی مذاب بر حسب تغییر عدد استفان، شاخص توانی کارئو و ضریب تخلخل ارائه شده است. نتایج نشان داد که با افزایش نسبت منظری از 5/0 تا 2 عدد ناسلت و سرعت افزایش ولی سرعت ذوب کاهش می یابد. همچنین با افزایش عدد استفان و کاهش پارامتر تخلخل، سرعت ذوب افزایش می‌یابد. بعلاوه در محیط متخلخل تغییر شاخص کارئو تأثیری بر روی نرخ فرآیند ذوب ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Andreozzi A., Buonomo B.,Ercole D., Manco O., Solar energy latent thermal storage by phase change materials  in a honeycomb system. Thermal Science and Engineering Progress, Vol.6, pp. 410-420, 2018.
[2]     Hassan M., et al., Analysis of natural convective flow of non-Newtonian fluid under the effects of nanoparticles of different materials. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, Vol. 233, No.3, pp. 643-652, 2019.
[3]     Shamsi M.R., et al., Increasing heat transfer of non-Newtonian nanofluid in rectangular microchannel with triangular ribs. Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, Vol.93, pp. 167-178, 2017.
[4]     Shirvan K.M., et al., Enhancement of heat transfer and heat exchanger effectiveness in a double pipe heat exchanger filled with porous media: numerical simulation and sensitivity analysis of turbulent fluid flow. Applied Thermal Engineering, Vol.109, pp. 761-774. 2016.
[5]     Jourabian M., et al., Melting process in porous media around two hot cylinders: Numerical study using the lattice Boltzmann method. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, Vol. 509, pp. 316-335, 2018.
[6]     Fetecau C., et al., Combined porous and magnetic effects on some fundamental motions of  Newtonian fluids over an infinite plate. Journal of Porous Media, Vol.21, No.7, 2018.
[7]     Alsabery A., et al., Transient natural convective heat transfer in a trapezoidal cavity filled with non-Newtonian nanofluid with sinusoidal boundary conditions on both sidewalls. Powder Technology, Vol.308, pp.214-234,2017.
[8]     Kefayati, G.R., Simulation of magnetic field effect on natural convection of non-Newtonian power-law fluids in a sinusoidal heated cavity using FDLBM. International Communications in Heat and Mass Transfer,Vol. 53, pp. 139-153, 2014.
[9]     Mishra, L. and R.P. Chhabra, Natural convection in power-law fluids in a square enclosure from two differentially heated horizontal cylinders. Heat Transfer Engineering, Vol. 39, No.10, pp. 819-842, 2018.
[10] Kumar, R. and M. Kalam, Laminar thermal convection between vertical coaxial isothermal cylinders. International journal of heat and mass transfer, Vol.34, No.2, pp. 513-524, 1991.
[11] Liu, Z., Y. Yao, and H. Wu, Numerical modeling for solid–liquid phase change phenomena in porous media: Shell-and-tube type latent heat thermal energy storage. Applied energy, Vol.112, pp.1222-1232, 2013.
[12] Yang, J., et al., Numerical analysis on thermal behavior of solid–liquid phase change within copper foam with varying porosity. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 84, pp. 1008-1018, 2015.
[13]  طلعتی کلاسر ف.، سجودی ع.،.نیشابوری ر.، تحلیل عددی جریان آرام سیال غیر نیوتنی اطراف استولنه دواز، مجله مهندسی مکانیک  دانشگاه تبریز، د. 41، ش.2، ص.  ،1390.
[14]  امیری دلوئی ا.، جلالی ع.،خوراشادیزاده م.، گل محمدی ا.، شبیه شازی جریان سیال کاریو-یاسودا با لزجت تابع دما روش شبکه بولتزمن غیر نیوتنی، مجله مهندسی مکانیک  دانشگاه تبریز، د.48، ش.1،  ص.113-105 ،1397.
[15]  امیری دلوئی ا.، محبی ر.،کردوانی ع.، روش شبکه بولتزمن برای بررسی تاثیر لزجت تابع دما در جریان سیال غیر نیوتنی گرمایی از روی سیلندر مربعی، مجله مهندسی مکانیک  دانشگاه تبریز، د.49، ش.1، ص.40-31 ، 1398.
[16] Siavashi M., et al., Numerical analysis of mixed convection of two-phase non-Newtonian nanofluid flow inside a partially porous square enclosure with a rotating cylinder. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 137, No.1, pp. 267-287, 2019.
[17] Boukani N.H., A. Dadvand, and A.J. Chamkha, Melting of a Nano-enhanced Phase Change Material (NePCM) in partially-filled horizontal elliptical capsules with different aspect ratios. International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 149, pp. 164-177, 2018
[18] Ghalambaz M., et al., Non-Newtonian phase-change heat transfer of nano-enhanced octadecane with mesoporous silica particles in a tilted enclosure using a deformed mesh technique. Applied Mathematical Modelling, Vol. 85, pp. 318-337, 2020.
[19] Mehryan  S., et al., Melting heat transfer of power-law non-Newtonianphase change nano-enhanced n-octadecane-mesoporous silica (MPSiO2). International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 151, pp. 119385, 2020
[20] Venkatadri K., et al., Melting heat transfer analysis of electrically conducting nanofluid flow over an exponentially shrinking/stretching porous sheet with radiative heat flux under a magnetic field. Heat Transfer, pp. 1-23, 2020.
[21] Bird  R.B., R.C. Armstrong, and O. Hassager, Dynamics of polymeric liquids. Vol. 1: Fluid mechanics. 1987.
[22] Xu  Y., et al., Melting performance enhancement of phase change material by a limited amount of metal foam: Configurational optimization and economic assessment. Applied energy, Vol. 212, pp. 868-880, 2018.