Численное моделирование естественной конвекции псевдопластичной наножидкости в полости с локальным нагревателем и пористыми ребрами

Автор: Дарья Сергеевна Лоенко

Соавторы: Д.С. Лоенко, М.А. Шеремет

Организация: Томский государственный университет

Численное моделирование естественной конвекции псевдопластичной наножидкости в полости с локальным нагревателем и пористыми ребрами

 

Работа посвящена численному исследованию естественной конвекции псевдопластичной наножидкости, состоящей из смеси карбоксилметилцеллюлозы (КМЦ) с водой и наночастицами меди. Хладагент заполняет квадратную замкнутую полость, горизонтальные и часть вертикальных стенок – адиабатические, оставшаяся часть вертикальных стенок поддерживается при постоянной низкой температуре Tc. На нижней стенке полости расположен локальный источник постоянного объемного тепловыделения Q внутри твердой положки. С целью интенсификации теплоотвода используются пористые ребра, материалом которых является металлическая пена.

 Псевдопластичное поведение используемой жидкости описывается степенным законом Оствальда-де-Вилля. Эффективные параметры наножидкости вычисляются на основе экспериментальных корреляций, отражающих влияние температуры. Математическая модель построена с использованием законов сохранения массы, импульса и энергии в преобразованных безразмерных переменных «функция тока – завихренность» на основе приближения Буссинеска для описания влияния выталкивающей силы и модели Дарси–Бринкмана для описания транспортных процессов внутри пористых ребер. Разработанный вычислительный код был протестирован на множестве сеток, а также на основе решения модельных задач. Полученное хорошее согласование с экспериментальными и теоретическими результатами других авторов позволило использовать разработанный алгоритм для решения рассматриваемой задачи.

В ходе численных исследований был проведен анализ влияния определяющих параметров (количество пористых ребер, пористость и проницаемость металлической пены) на гидродинамику и теплоперенос с использованием изолиний функции тока и температуры, а также значений средней температуры внутри источника. Показана возможность интенсификации теплоотвода от источника энергии при использовании пористых ребер.

Исследование выполнено при поддержке Программы развития Томского государственного университета (Приоритет-2030).