Numerical modeling of heat transfers in a porous medium subjected to large temperature variations
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Setif 1 University - Ferhat ABBAS , Faculty of Technology
Abstract
This thesis explores natural convection heat transfer in fluid-saturated porous media within enclosed
cavities, a key area with applications in thermal management and industrial processes. The research examines the
effects of internal heat generation, thermal radiation, temperature differences and porous medium characteristics
on fluid flow and heat transfer rates. All simulations are conducted under the low Mach number approximation,
where high temperature gradients ensure accurate fluid dynamics modeling. Numerical simulations, based on the
Darcy-Brinkman model and Navier-Stokes equations, analyze laminar flow patterns and temperature fields. Key
parameters such as internal Rayleigh number, external Rayleigh number, Darcy number, porosity, emissivity, and
Boussinesq parameter are investigated. Results show that higher Darcy numbers improve fluid flow and heat
transfer, while increased porosity enhances heat exchange surface area. Thermal radiation plays a significant role
in shaping convection patterns and overall heat transfer rates. This study provides valuable insights for optimizing
heat exchange in energy-efficient systems and industrial applications.
Description
Cette thèse explore le transfert de chaleur par convection naturelle dans des milieux poreux saturés de
fluide au sein de cavités fermées, un domaine clé avec des applications dans la gestion thermique et les processus
industriels. La recherche examine les effets de la génération de chaleur interne, du rayonnement thermique, des
différences de température et des caractéristiques du milieu poreux sur l'écoulement des fluides et les taux de
transfert de chaleur. Toutes les simulations sont réalisées sous l'approximation des faibles nombres de Mach, où
des gradients de température élevés assurent une modélisation précise de la dynamique des fluides. Des simulations
numériques, basées sur le modèle de Darcy-Brinkman et les équations de Navier-Stokes, analysent les schémas
d'écoulement laminaire et les champs de température. Des paramètres clés tels que le nombre de Rayleigh interne,
le nombre de Rayleigh externe, le nombre de Darcy, la porosité, l'émissivité et le paramètre de Boussinesq sont
étudiés. Les résultats montrent que des nombres de Darcy plus élevés améliorent l'écoulement des fluides et le
transfert de chaleur, tandis qu'une porosité accrue augmente la surface d'échange de chaleur. Le rayonnement
thermique joue un rôle significatif dans la formation des schémas de convection et les taux globaux de transfert de
chaleur. Cette étude fournit des informations précieuses pour optimiser les échanges de chaleur dans des systèmes
économes en énergie et des applications industrielles.