مدل سازي رياضي و شبيه سازي انتقال حرارت در محيط متخلخل تحت شرايط عدم تعادل حرارتي

كارشناسي ارشد

بهبود انتقال حرارت در تجهيزات حرارتي، از جمله هيت سينك ها، موضوعي است كه تاكنون تحقيقات گسترده اي روي آن انجام گرفته است. روش هاي مختلفي جهت افزايش انتقال حرارت در هيت سينك ها توسط محققين، مورد بررسي قرار گرفته است. استفاده از محيط متخلخل يكي از روش هايي است كه براي بهبود سيستم خنك كاري كاربرد دارد و موجب افزايش نرخ انتقال حرارت و افت فشار درون هيت سينك متخلخل مي شود. فوم فلزي به عنوان يك ماده متخلخل نوين، به دليل ويژگي هاي فراپندار از جمله، چگالي بسيار كم و رسانندگي حرارتي زياد و به سبب كاربرد فراوان در سيستم هاي خنك كاري و انتقال حرارت، در سال هاي اخير حائز اهميت شده است. فوم فلزي در هيت سينك ها جهت خنك كاري قطعات داغ الكترونيكي و سيستم هاي سرمايشي مورد استفاده قرار مي گيرد. هدف در اين پايان نامه، ارائه يك مدل رياضي جهت بررسي انتقال حرارت در هيت سينك پوشيده شده با يك لايه فوم فلزي سلول باز زير جريان جت برخوردي مي باشد. هيدروژن و هوا به عنوان سيال خنك كننده در نظر گرفته شده اند. روابط دارسي، برينكمن و فورچهيمر و مدل عدم تعادل حرارتي محلي (LTNE) يا مدل دو-معادله اي انرژي براي فاز جامد و سيال محيط متخلخل، بكار گرفته شده اند. معادلات ديفرانسيل با مشتقات جزئي (PDEs) تحت شرايط عدم تعادل حرارتي توسط روش حل تشابهي به معادلات ديفرانسيل معمولي (ODEs) تبديل گشته و با استفاده از حلگر BVP4C در نرم افزار متلب به صورت عددي حل شده اند. آن گاه، مدل رياضي تشابهي ارائه شده با نتايج تحليلي، تجربي و همينطور نتايج بدست آمده از نرم افزار تجاري فلوئنت مقايسه و اعتبارسنجي شده است. در بخش نتايج، تاثير پارامتر هاي دخيل در مسئله شامل مشخصات فيزيكي فوم فلزي، اعداد بي بعد دارسي (ِDa)، رينولدز (Re)، پارامتر هاي هندسي هيت سينك و مقايسه فرض تعادل حرارتي و عدم تعادل حرارتي محلي بر روي پروفيل هاي سرعت بدون بعد، توزيع دما و همچنين انتقال حرارت بررسي شده اند. نتايج مسئله حاكي از آن است كه در نسبت ضرايب هدايت حرارتي موثر (β) كم، لزوم استفاده از شرط عدم تعادل حرارتي محلي تأكيد مي شود و در اين محدوده از ميزان دقت بالايي برخوردار است. علاوه بر اين، عملكرد خنك كاري فوم فلزي با افزايش اعداد رينولدز و دارسي و كاهش نسبت اندازه هيت سينك (H/L) بهبود مي گردد.

194537

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي - علوم حرارتي

دكتر مجيد سياوشي