مهدی سلطانی - فارغ التحصیل کارشناسی ارشد دانشکده مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران
مجید سیاوشی - دانشیار دانشکده مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران

شبیه سازی جریان و انتقال حرارت در محیط متخلخل برای کاربردهای مهندسی بسیار مفید است. فوم های متخلخل به صورت سلول باز و سلول بسته موجود هستند. در این مطالعه به بررسی و شبیه سازی جریان غیردارسی و انتقال حرارت جابه جایی اجباری و هدایت حرارتی در فوم های متخلخل سلول باز با رویکرد مقیاس حفره پرداخته شده است. به منظور دستیابی و درک بهتر پدیده های مختلفی که در داخل فوم های متخلخل سلول باز صورت می گیرد، از روش شبیه سازی مستقیم مربوط به مدل مقیاس حفره استفاده شده است. در این روش ساده سازی برای حفره های فوم متخلخل انجام نمی گیرد و حل معادلات، بدون در نظر گرفتن جملاتی است که در شبیه سازی مقیاس بزرگ به معادلات اضافه می شوند. اکثر مطالعاتی که در این حوزه صورت گرفته است برای فوم هایی با تخلخل بالاتر بوده و در اکثر بررسی های حرارتی، مطالعات کمتری به اثرات همزمان انتقال حرارت جابه جایی اجباری و انتقال حرارت رسانش پرداخته اند. همچنین فوم های سلول باز از جنس سرامیکی کمتر مورد توجه بوده اند. در مطالعه حاضر، از سه نمونه فوم سلول باز با میزان تخلخل های ۳۶ / ۵۴ ، ۸۰ / ۶۱ و ۰۴ / ۶۹ درصد و با چگالی حفره ثابت PPI ۲۰ استفاده شده است. هندسه های تولیدی از نوع ساختار تصادفی و مشابه با هندسه های حاصل از عکس برداری فوم های سلول باز حقیقی است. برای انجام شبیه سازی از نرم افزار متن باز و رایگان OpaenFOAM استفاده شده است. این نرم افزار با زبان برنامه نویسی C++ توسعه داد شده و از روش حجم محدود برای حل مسائل مختلف استفاده می کند. در مطالعه حاضر به بررسی رژیم جریان دارسی و غیر دارسی، تاثیر پارامترهای هندسی فوم سلول باز و تاثیر همزمان انتقال حرارت جابه جایی و هدایت با در نظر گرفتن سه جنس مس، آلومینیوم و سیلیکون کاربید پرداخته شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش میزان تخلخل در چگالی حفره ثابت فوم سلول باز، مقدار افت فشار و ضریب انتقال حرارت جابه جایی اجباری کاهش پیدا می کنند و توزیع دمایی فوم سلول باز برای سرعت های بالا همگون تر است و در صورت بالا بودن نسبت ضریب رسانش جامد به نسبت ضریب رسانش سیال، انتقال حرارت جابه جایی اجباری بهتر صورت می گیرد و توزیع دمایی نیز همگون تر می باشد.

فوم سلول باز با ساختار تصادفی، رژیم جریان دارسی و غیر دارسی، انتقال حرارت جابه جایی اجباری