فضل اله شکرالهی - دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانکده فنی ، دانشگاه تهران
جواد اتفاق - استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانکده فنی ، دانشگاه تهران

در این مقاله انتقال حرارت به روش جابجایی آزاد درون محفظه ای بین دو استوانه افقی هم محور و دما ثابت که استوانه داخلی در درجه حرارت بالاتری قرار دارد، مورد مطالعه قرار گرفت است. فضای ببین دو استوانه را محیطی متخلخل و اشباع شده از سیال تشکیل داده است. برای محیط متتخلخل مشخصات فوم Polyurethane و برای سیال اشباع کننده این محیط، هوا بکار رفته است. جریان حرکت سیال و انتقال حرارت به صورت دو بعدی و دائم در نظر گرفته شده است. معادلات اساسی بقاء جرم، مومنتوم، و انرژی در محیط متخلخل به معادلات تابع جریان، ورتیسیتی (چرخش)، و انرژی تبدیل شده اند. این معادلات، با استفاده از تقریب تفاضل محدود و روش حجم کنترل به معادلات گسسته تبدیل و از طریق روش های تکراری، حل عددی گردیده اند. میزان انتقال حرارت درون محفظه از طریق معرفی و محاسبه عدد نوسلت انجام گرفته است. نتایج حل عددی معادلات به صورت منحنی های تغییرات عدد نوسلت بر حسب دد رایلی و نسبت قطرهای دو استوانه ارائه گردیده اند. نتایج حاصله نشان می دهد که عدد نوسلت نسبت به تغییرات عددی رایلی، Ra<۱۰۷ بستگی نداشته و در این طیف مکانیزم هدایت حاکمیت دارد. با افزایش بیشتر عدد رایلی، نیروی رانش برای حرکت سیال درون محفظه امکان حضور موثر پیدا نموده و نتیجتا در نرخ انتقال حرارت افزایش چشمگیری پدیدار می گردد. نتایج همچنان نشان می دهد که با افزایش نسبت قطرها عدد نوسلت در ابتدا نرخ کاهش شدیدی را تجربه نمود، و به مقدار حداقل خود می رسد. با افزایش بیشتر نسبت قطرها، عدد نوسلت با شیب ملایمی شروع به رشد نموده و در نهایت به مقدار مجانبی خویش خواهد رسید. میدان جریان و توزیع درجه حرارت درون محفظه توسط خطوط جریان و خطوط دما ثابت برای سه مقدار از عدد رایلی رسم گردیده اند. مقایسه این نتایج، مبین وجود دو مکانیزم حرارتی متمایز و جریان سیال متناظر هر کدام درون محفظه می باشد. نتایج تغییرات عدد نوسلت محلی نسبت به تغییرات زاویه ای نشان می دهد که، بیشترین میزان انتقال حرارت از قسمت پائینی استوانه داخلی انجام می پذیرد. در حالیکه در مورد استوانه خارجی، بیشترین مقدار انتقال حرارت از قسمت بالائی آن صورت ی پذیرد. مطالعه انجام شده مقدمه ای بر بررسی و تحقیق دیگری بوده که در آن، فضای مورد بحث به دو ناحیه متشکل از محیط معمولی و محیط متخلخل در مجاورت یکدیگر اختصاص داشته و بهینه نمودن ضخامت عایق حرارتی را موردنظر خواهد داشت.