Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân Tích Lattice-Boltzmann Với Nhiều Thời Gian Thư Giản Đối Với Sự Đối Lưu Tự Nhiên Kép Trong Một Khoang Với Bề Mặt Nóng Và Khuếch Tán Bên Trong Được Điền Bằng Một Chất Rỗng
Tóm tắt
Trong nghiên cứu hiện tại, một phương pháp lattice-Boltzmann với nhiều thời gian thư giãn được xem xét để nghiên cứu sự đối lưu tự nhiên kép trong một khoang với một bề mặt nóng và khuếch tán bên trong. Khoang được lấp đầy bằng một môi trường rỗng với quy mô thể tích cơ bản đại diện dựa trên mô hình tổng quát. Bề mặt được gia nhiệt được đặt nằm ngang ở trung tâm của khoang với nhiệt độ và nồng độ cao hơn. Các bức tường nằm ngang của khoang được giả định là cách nhiệt, không dẫn nhiệt, và không thấm cho quá trình truyền khối. Các bức tường thẳng đứng được giữ ở nhiệt độ và nồng độ thấp. Các tác động kết hợp của tỷ lệ nổi
$$N$$
(
$$- 5 \le N \le 5$$
), số Rayleigh nhiệt
$${\text{Ra}}_{\text{T}}$$
(
$$10^{4} \le {\text{Ra}}_{\text{T}} \le 10^{7}$$
), số Darcy
$${\text{Da}}$$
(
$$10^{ - 6} \le {\text{Da}} \le 10^{ - 2}$$
), số Lewis
$${\text{Le}}$$
(
$$1 \le {\text{Le}} \le 10$$
), và độ rỗng của môi trường rỗng
$$\varepsilon$$
(
$$0.4 \le \varepsilon \le 0.8$$
) trên sự đối lưu tự nhiên kép được phân tích một cách số học. Kết quả được trình bày dưới dạng các dòng dòng, các đường đẳng nhiệt, nồng độ iso, và các số Nusselt và Sherwood trung bình. Các kết quả cho thấy rằng cấu trúc dòng chảy, hình dáng của các đường đẳng nhiệt, và nồng độ iso bị ảnh hưởng mạnh bởi các thông số điều khiển. Sự truyền nhiệt và khối lượng được thúc đẩy bởi sự tăng cường của số Darcy. Tác động của số Lewis đến truyền nhiệt là không đáng kể đối với các giá trị Darcy thấp, nhưng tác động này được tăng cường khi số Darcy tăng lên.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Bejan, A.: Convection Heat Transfer, 4th edn. Wiley (2013)
Bennacer, R., Tobbal, A., Beji, H., Vasseur, P.: Double diffusive convection in a vertical enclosure filled with anisotropic porous media. Int. J. Therm. Sci. (2001). https://doi.org/10.1016/S1290-0729(00)01185-6
Benzi, R., Succi, S., Vergassola, M.: The lattice Boltzmann equation: theory and applications. Phys. Rep. 222(3), 145–197 (1992)
Bergman, T.L., Incropera, F.P., Viskanta, R.: Correlation of mixed layer growth in a double-diffusive, salt-stratified system heated from below. J. Heat Transf. (1986). https://doi.org/10.1115/1.3246888
Carlsson, J.O.: Processes in interfacial zones during chemical vapour deposition: aspects of kinetics, mechanisms, adhesion and substrate atom transport. Thin Solid Films (1985). https://doi.org/10.1016/0040-6090(85)90358-X
Chamkha, A.J., Al-Naser, H.: Double-diffusive convection in an inclined porous enclosure with opposing temperature and concentration gradients. Int. J. Therm. Sci. (2001). https://doi.org/10.1016/S1290-0729(00)01213-8
Chen, F., Chen, C.F.: Double-diffusive fingering convection in a porous medium. Int. J. Heat Mass Transf. 36, 793–807 (1993). https://doi.org/10.1016/0017-9310(93)80055-Y
Chen, S., Doolen, G.D.: Lattice Boltzmann method for fluid flows. Annu. Rev. Fluid Mech. (1998). https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.30.1.329
Chen, X.B., Yu, P., Sui, Y., Winoto, S.H., Low, H.T.: Natural convection in a cavity filled with porous layers on the top and bottom walls. Transp. Porous Media (2009). https://doi.org/10.1007/s11242-008-9300-2
Coulter, J.P., Güçeri, S.I.: Laminar and turbulent natural convection in solar energy applications. In: Yüncü, H., Paykoc, E., Yener, Y. (eds.) Solar Energy Utilization, pp. 303–333. Springer Netherlands, Dordrecht (1987)
Dahani, Y., Hasnaoui, M., Amahmid, A., Hasnaoui, S.: A Multiple-Relaxation-Time lattice Boltzmann analysis of coupled mixed convection and radiation effect in a tilted two-sided lid-driven enclosure. Chem. Phys. Lett. 791, 139386 (2022). https://doi.org/10.1016/j.cplett.2022.139386
de Ferrières, S., El Bakali, A., Gasnot, L., Montero, M., Pauwels, J.F.: Kinetic effect of hydrogen addition on natural gas premixed flames. Fuel 106, 88–97 (2013). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.06.045
El Bakali, A., Mercier, X., Wartel, M., Acevedo, F., Burns, I., Gasnot, L., Pauwels, J.-F., Desgroux, P.: Modeling of PAHs in low pressure sooting premixed methane flame. Energy 43, 73–84 (2012). https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.12.026
Ergun, S.: Fluid flow through packed columns. Chem. Eng. Prog. 48, 89–94 (1952)
Gao, D., Chen, Z., Chen, L.: A thermal lattice Boltzmann model for natural convection in porous media under local thermal non-equilibrium conditions. Int. J. Heat Mass Transf. (2014). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.11.050
Gong, S., Cheng, P.: Lattice Boltzmann simulation of periodic bubble nucleation, growth and departure from a heated surface in pool boiling. Int. J. Heat Mass Transf. (2013). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.03.058
Guo, Z., Zhao, T.S.: Lattice Boltzmann model for incompressible flows through porous media. Phys. Rev. E Stat. Phys. Plasmas Fluids Relat. Interdiscip. Top. (2002). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.66.036304
Hasnaoui, S., Amahmid, A., Raji, A., Beji, H., El Mansouri, A., Hasnaoui, M.: LBM simulation of stabilizing/destabilizing effects of thermodiffusion and heat generation in a rectangular cavity filled with a binary mixture. Int. Commun. Heat Mass Transf. (2021). https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105417
Howell, J.R., Hall, M.J., Ellzey, J.L.: Combustion of hydrocarbon fuels within porous inert media. Prog. Energy Combust. Sci. (1996). https://doi.org/10.1016/0360-1285(96)00001-9
Kaisare, N.S., Vlachos, D.G.: A review on microcombustion: fundamentals, devices and applications. Prog. Energy Combust. Sci. 38, 321–359 (2012). https://doi.org/10.1016/j.pecs.2012.01.001
Kang, Q., Zhang, D., Chen, S.: Unified lattice Boltzmann method for flow in multiscale porous media. Phys. Rev. E Stat. Phys. Plasmas Fluids Relat. Interdiscip. Top. (2002). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.66.056307
Kang, Q., Lichtner, P.C., Zhang, D.: An improved lattice Boltzmann model for multicomponent reactive transport in porous media at the pore scale. Water Resour. Res. (2007). https://doi.org/10.1029/2006WR005551
Karimi-Fard, M., Charrier-Mojtabi, M.C., Vafai, K.: Non-darcian effects on double-diffusive convection within a porous medium. Numer. Heat Transf. Part A Appl. (1997). https://doi.org/10.1080/10407789708914067
Khair, K.R., Bejan, A.: Mass transfer to natural convection boundary layer flow driven by heat transfer. J. Heat Transf. 107, 979–981 (1985). https://doi.org/10.1115/1.3247535
Liu, Q., He, Y.L.: Multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model for simulating double-diffusive convection in fluid-saturated porous media. Int. J. Heat Mass Transf. (2018). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.12.155
Liu, Q., He, Y.L., Li, Q., Tao, W.Q.: A multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model for convection heat transfer in porous media. Int. J. Heat Mass Transf. (2014). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.02.047
Ma, Q., Chen, Z.: Numerical study on gas diffusion in isotropic and anisotropic fractal porous media (gas diffusion in fractal porous media). Int. J. Heat Mass Transf. (2014). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.08.064
Ma, Q., Chen, Z., Shi, J., Li, D.: Lattice Boltzmann modeling of VOC desorption and diffusion in porous materials. VOC desorption and diffusion. Build. Environ. (2014). https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.11.011
Markham, B.L., Rosenberger, F.: Diffusive-convective vapor transport across horizontal and inclined rectangular enclosures. J. Cryst. Growth 67, 241–254 (1984). https://doi.org/10.1016/0022-0248(84)90184-2
Mercier, X., Faccinetto, A., Batut, S., Vanhove, G., Božanić, D.K., Hróðmarsson, H.R., Garcia, G.A., Nahon, L.: Selective identification of cyclopentaring-fused PAHs and side-substituted PAHs in a low pressure premixed sooting flame by photoelectron photoion coincidence spectroscopy. Phys. Chem. Chem. Phys. 22, 15926–15944 (2020). https://doi.org/10.1039/D0CP02740E
Mohamad, A.A., Bennacer, R., Azaiez, J.: Double diffusion natural convection in a rectangular enclosure filled with binary fluid saturated porous media: the effect of lateral aspect ratio. Phys. Fluids (2004). https://doi.org/10.1063/1.1630798
Mohamad, A.A.: Combustion in porous media. fundamentals and applications. In: Ingham, D.B., Pop, I.B.T.-T.P., P.M.I.I.I. (eds.) Transport Phenomena in Porous Media III, pp. 287–304. Pergamon, Oxford (2005)
Molla, M.M., Haque, M.J., Khan, M.A.I., Saha, S.C.: GPU Accelerated multiple-relaxation-time lattice Boltzmann simulation of convective flows in a porous media. Front. Mech. Eng. (2018). https://doi.org/10.3389/fmech.2018.00015
Mujeebu, M.A., Abdullah, M.Z., Bakar, M.Z.A., Mohamad, A.A., Abdullah, M.K.: Applications of porous media combustion technology—a review. Appl. Energy 86, 1365–1375 (2009)
Mujeebu, M.A., Abdullah, M.Z., Mohamad, A.A., Bakar, M.Z.A.: Trends in modeling of porous media combustion. Prog. Energy Combust. Sci. 36, 6274–6650 (2010)
Nield, D.A.: Onset of thermohaline convection in a porous medium. Water Resour. Res. (1968). https://doi.org/10.1029/WR004i003p00553
Nishimura, T., Imoto, T., Miyashita, H.: Occurrence and development of double-diffusive convection during solidification of a binary system. Int. J. Heat Mass Transf. (1994). https://doi.org/10.1016/0017-9310(94)90147-3
Nithiarasu, P., Seetharamu, K.N., Sundararajan, T.: Double-diffusive natural convection in an enclosure filled with fluid-saturated porous medium: a generalized non-darcy approach. Numer. Heat Transf. Part A Appl. (1996). https://doi.org/10.1080/10407789608913848
Nithiarasu, P., Seetharamu, K.N., Sundararajan, T.: Natural convective heat transfer in a fluid saturated variable porosity medium. Int. J. Heat Mass Transf. (1997a). https://doi.org/10.1016/S0017-9310(97)00008-2
Nithiarasu, P., Sundararajan, T., Seetharamu, K.N.: Double-diffusive natural convection in a fluid saturated porous cavity with a freely convecting wall. Int. Commun. Heat Mass Transf. (1997b). https://doi.org/10.1016/S0735-1933(97)00106-1
Saravanan, S., Sivaraj, C.: Coupled thermal radiation and natural convection heat transfer in a cavity with a heated plate inside. Int. J. Heat Fluid Flow. (2013). https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2013.01.007
Sathe, S.B., Tong, T.W., Faruque, M.A.: Experimental study of natural convection in a partially porous enclosure. J. Thermophys. Heat Transf. (1987). https://doi.org/10.2514/3.37
Seta, T., Takegoshi, E., Okui, K.: Lattice Boltzmann simulation of natural convection in porous media. Math. Comput. Simul. (2006). https://doi.org/10.1016/j.matcom.2006.05.013
Spaid, M.A.A., Phelan, F.R.: Lattice Boltzmann methods for modeling microscale flow in fibrous porous media. Phys. Fluids (1997). https://doi.org/10.1063/1.869392
Tang, G.H., Tao, W.Q., He, Y.L.: Gas slippage effect on microscale porous flow using the lattice Boltzmann method. Phys. Rev. E Stat. Nonlinear Soft Matter Phys. 5, 1 (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.72.056301
Tasmin, M., Nag, P., Hoque, Z.T., Molla, M.M.: Non-Newtonian effect on heat transfer and entropy generation of natural convection nanofluid flow inside a vertical wavy porous cavity. SN Appl. Sci. (2021). https://doi.org/10.1007/s42452-021-04157-8
Trimis, D., Durst, F.: Combustion in a porous medium-advances and applications. Combust. Sci. Technol. (1996). https://doi.org/10.1080/00102209608935592
Vafai, K.: Convective flow and heat transfer in variable-porosity media. J. Fluid Mech. (1984). https://doi.org/10.1017/S002211208400207X
Viskanta, R.: Modeling of combustion in porous inert media. Spec. Top. Rev. Porous Media Int. J. 2, 181–204 (2011). https://doi.org/10.1615/SpecialTopicsRevPorousMedia.v2.i3.30
Wang, L., Mi, J., Guo, Z.: A modified lattice Bhatnagar–Gross–Krook model for convection heat transfer in porous media. Int. J. Heat Mass Transf. (2016). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.11.040
Wood, S., Harris, A.T.: Porous burners for lean-burn applications, (2008)
Xu, H.T., Wang, T.T., Qu, Z.G., Chen, J., Li, B.B.: Lattice Boltzmann simulation of the double diffusive natural convection and oscillation characteristics in an enclosure filled with porous medium. Int. Commun. Heat Mass Transf. (2017). https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2016.12.001