تخلخل (غیرتعادلی، مدل‌های حرارتی در محیط متخلخل)

غیرتعادلی (Non-Equilibrium)

مدل‌های حرارتی در محیط متخلخل (Thermal models in porous media)

برای توضیح این بررسی در مورد تخلخل (porosity)، ابتدا باید بگوییم که دو مدل حرارتی برای محیط متخلخل (porous medium) وجود دارد:

• مدل اول تعادل حرارتی بین سیال و محیط جامد را فرض می‌کند. این مدل فرض می‌کند که سیال و جامد در تعادل حرارتی هستند و در طول شبیه سازی در دمای یکسان هستند.
• مدل دوم عدم تعادل حرارتی (Non-Equilibrium) را فرض می‌کند. قسمت جامد می‌تواند دما یا شار حرارتی متفاوتی نسبت به ناحیه سیال در این مدل داشته باشد.

پارامترهای مهم در مدل حرارتی غیرتعادلی دو پاراکتر زیر است:

ضریب انتقال حرارت (Heat transfer coefficient) و چگالی مساحت سطح مشترک (Interfacial Area Density) به عنوان نسبت مساحت سطح مشترک بین یک سیال و جامد به حجم ناحیه متخلخل تعریف می‌شود. برای به دست آوردن این پارامترها باید از روش آزمایشگاهی یا تجربی استفاده شود.

اما برای یک بستر پک‌شده (packed bed) فرمولی برای محاسبه این پارامتر (از نظر تخلخل سیال) ارائه شده است که به شرح زیر است:

ما این پارامتر را برای تخلخل‌های مختلف استخراج می‌کنیم و افزایش دما را در این موارد برای سرعت‌های مختلف محاسبه می‌کنیم. نتایج این مقایسه در جدول زیر آورده شده است.

با افزایش تخلخل، سطح مشترک بین سیال و ناحیه جامد کاهش می‌یابد و در نتیجه انتقال حرارت کاهش می‌یابد.

در اینجا یکی از تمرین‌های عملی مرتبط در محصولات آموزشی وجود دارد:

 https://www.ansysfluent.ir/shop/non-equilibrium-porous-aluminum-foam-heat-sink/