جریان و انتقال حرارت در داخل یک کانال حاوی نانوسیال همگن به صورت عددی شبیه سازی شده است. کانال مورد مطالعه، تحت شار ثابت فرض شده است. بررسی تاثیر محیط متخلخل و نانو سیال اکسید آلومینیوم بر ویژگی های جریان و انتقال حرارت داخل کانال از اهداف این مطالعه است. بدین منظور، در سطح مقطع ثابت محیط متخلخل، تاثیر چیدمان های مختلف محیط متخلخل با دو ضریب تخلخل به همراه کسر حجمی های مختلف نانوسیال مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور حصول اطمینان از درستی روش حل عددی استفاده شده، اعتبارسنجی با مرجع معتبر نیز انجام گرفته است و تطابق نتایج، موید درستی روش حل عددی هستند. نتایج بدست آمده از شبیه سازی نشان میدهند، استفاده از محیط متخلخل تاثیر بیشتری در میزان انتقال حرارت نسبت به استفاده از نانوسیال دارد و نوع چیدمان محیط متخلخل نیز تاثیر زیادی در پروفیل دما و انتقال حرارت کانال دارد. در مجموع میتوان گفت استفاده از آرایش پلکانی برای محیط متخلخل در فاصله 03 سانتیمتری از یکدیگر به طول 03 سانتیمتر به همراه نانو سیال (با کسر حجمی 0/02 اکسید آلومینیوم ) نسبت به سایر آرایش های مورد بررسی عملکرد بهتری دارد.

مقدمه

   مجراهای پر شده با شبکه های متخلخل به طور گسترده در کاربردهای مهندسی مانند مبدلهای هوایی، فرآیندهای خشک کنی، خنک کاری الکترونیکی، مبدلهای حرارتی شبکه جامد و ... مورد استفاده قرار گرفته اند و این به دلیل اثرات مثبت حضور ماتریس های متخلخل در افزایش انتقال حرارت جابجایی است. جریان سیال و انتقال حرارت جابجایی در مجراهایی که تمام یا بخشی از آن با محیط متخلخل پر شده است توسط تعداد زیادی از محققان و با روشهای عددی، تحلیلی و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. موروسوک به تحلیل اگزرژی و آنتروپی تولید شده در جریان توسعه یافته بین دو صفحه موازی و لوله دایره ای شکل که محیط متخلخل در داخل آن قرار داشت، پرداخت. هوآنگ و وفائی اثرات استفاده همزمان از موانع و حفره های متخلخل متناوب بر کنترل انتقال حرارت و اصطکاک سطحی روی سطح خارجی را بررسی کردند و نشان دادند که فرمولاسیون این مسئله منجر به این نتیجه می شود که جریان و انتقال گرما به هفت پارامتر بی بعد زیر وابسته است: عدد رینولدز، عدد دارسی، عدد پرانتل، پارامتر اینرسی، دو پارامتر بی بعد هندسی و تعداد موانع و حفره های متخلخل وابسته است. آنها همچنین نشان دادند که تغییر مقدار بعضی پارامترها می تواند اثرات قابل توجهی بر روی مشخصه های مومنتوم خارجی و لایه مرزی گرمایی داشته باشد. ثاکور و همکاران کاربرد جایگذاری ماده متخلخل با تخلخل کم در مبدل های حرارتی خورشیدی را به صورت تجربی مورد بررسی قرار دادند. جیاندگ و همکاران جابجایی اجباری در کانال های صفحه ای با بستر متخلخل را به شکل عددی شبیه سازی کردند . آنها در کار خود به بررسی متغیرهای مختلف تخلخل و خواص فیزیکی سیال پرداختند. پاول و محمد به تحقیق در مورد پتانسیل افزایش انتقال حرارت جایگذاری های محیط متخلخل به صورت تجربی پرداختند. در کار بعدی پاول و محمد با روش های تجربی و عددی افزایش انتقال حرارت در مبدل های گازی پر شده با محیط متخلخل را بررسی کردند . آنها در بخش عددی کار خود از رویکرد تفاضل محدود حجم کنترلی استفاده کردند. کوزنتسو  به صورت تحلیلی به مطالعه اثر توزیع گرمایی بر جریان جابجایی اجباری جریان توسعه یافته یک کانال با صفحات موازی پرداخت. در کار وی دیواره ها در معرض شار ثابت گرما بودند . النیمر و الکم حل عددی برای مسئله جابجایی اجباری گذرای توسعه یافته بین استوانه های هم مرکز که فضای بین آنها با ماده متخلخل نیمه پر شده را با روش تفاضل محدود حل کردند . شکوهمند و همکاران به بررسی جریان آرام سیال و انتقال حرارت جابجایی در کانال با دو صفحه موازی با روش لتیس بولتزمان پرداختند. نوری و نظری اثر اعدا بی بعد از جمله عدد دارسی، عدد ناسلت، نسبت هدایت حرارتی بین دو فاز و نسبت تخلخل بر توزیع دمای هر یک از فازها را بررسی و معیاری برای شرط تعادل حرارتی بین دو فاز به دست آوردند.