بررسی تحلیلی اثر شدت عدم تعادل حرارتی محلی در فوم‌های متخلخل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، گرایش سیستمهای انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی

2 دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی - دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

مطالعه جریان سیال و انتقال حرارت درون فوم‌های متخلخل با استفاده از دو مدل تعادل حرارتی محلی (LTE) و عدم تعادل حرارتی محلی (LTNE) صورت می‌گیرد. در این مقاله با تعریف انحراف ناسلت بین دو مدل LTE و LTNE شرایطی که در آن اثر LTNE قابل توجه است تعیین شده است. در واقع با استفاده از این تحلیل کاربر می‌تواند با توجه به خواص هندسی فوم مورد نظر مانند تخلخل، چگالی حفرات و هدایت حرارتی فوم و شرایط عملیاتی مانند سرعت و هدایت حرارتی سیال، مدل مناسب برای انتقال حرارت در فوم را انتخاب نماید. نتایج نشان می‌دهد که اثر LTNE در تخلخل و چگالی حفرات پایین و هدایت حرارتی بالای فوم (فومهای فلزی نسبت به سرامیکی) و در سرعت‌ها و هدایت حرارتی پایین سیال بیشتر اهمیت دارد. همچنین، در میان پارامترهای مذکور هدایت حرارتی فوم بیشترین اثر را در شدت عدم تعادل حرارتی محلی دارا است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analytical study of the effect of Local Thermal non-Equilibrium intensity in porous foams

نویسندگان [English]

  • Armin Abdollahipour 1
  • Javad Aminian 2
1 MSc Graduate, Energy Systems Division, Mechanical and Energy Engineering Department, Shahid Beheshti University
2 Faculty of Mechanical and Energy Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

As a kind of compact heat transfer media, open-cell foams offer a combination of advantages include high porosity, high surface density, low pressure drop and long-term service which make them well suited for advanced heat recovery applications. The study of fluid flow and heat transfer in porous foams is generally carried out using two models namely the Local Thermal Equilibrium (LTE) and the Local Thermal non-Equilibrium (LTNE). The LTE model assumes no temperature difference between the local fluid and solid struts. However, when there is a significant temperature difference between solid and fluid phases, then the local phases must be treated individually using the LTNE model. The LTNE model is more difficult to apply because of more information required on the interfacial heat transfer coefficient, which is usually obtained through experimental investigations. In this study, by defining Nusselt deviation obtained from the LTE and LTNE models, operational and geometrical conditions in which the effect of LTNE model is significant is determined. As a matter of fact, by using this analysis, one can choose suitable model for heat transfer analysis in porous open-cell foams, based on the solid foam properties such as porosity, pore density and thermal conductivity of the foam and the desired operating conditions, such as fluid velocity, pipe diameter and thermal conductivity of the fluid. Results show that among the properties of porous foams, lower pore density and higher thermal conductivity (metallic foams against the ceramic foams) have the greatest impact on the importance of the LTNE model. From the viewpoint of flow operating conditions, the lower flow velocity, smaller pipe diameter and lower thermal conductivity of the fluid increase the importance of using LTNE model in heat transfer analysis of porous foams. Among the parameters mentioned above, thermal conductivity of porous foam has the greatest impact on the local thermal non-equilibrium intensity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Porous foams
  • Thermal Performance
  • Analytical solution
  • Local Thermal Equilibrium
  • Local Thermal non-Equilibrium intensity