تحليل انتقال حرارت آشفته ي تركيبي (جابجايي مختلط - تشعشع گرمايي) با خواص متغير در كانال ها با استفاده از رهيافت شبيه سازي گردابه هاي بزرگ

دكتري

هدف از رساله حاضر، بررسي و تحليل تأثيرات متقابل آشفتگي و تشعشع گرمايي مرتبط با انتقال حرارت تركيبي (جابجايي مختلط و تشعشع گرمايي) در كانال ها است. جريان به صورت كاملاً توسعه يافته در طول كانال و خواص ترموفيزيكي سيال متغير با دما است. بسياري از كاربردهاي صنعتي با جريان و انتقال حرارت در دماي بالا و همچنين وجود اختلاف دما در كانال ها مواجه است. از آنجا كه به دليل دماي بالا و وجود اختلاف دماي قابل ملاحظه، انتقال حرارت جابجايي آزاد، تشعشع گرمايي و تغيير خواص ترموفيزيكي با دما اهميت مي يابند و صرف نظر كردن از هر يك از آن ها در شبيه سازي و پيش بيني مقدار انتقال حرارت خطا ايجاد مي كند، بنابراين مناسب است تا به طور همزمان تاثير وجود همه ي پارامترهاي مذكور را مورد بررسي و تحليل قرار داد. در اكثر تحقيقات انجام شده، يا خواص ترموفيزيكي با دما ثابت در نظر گرفته شده است و يا اينكه تشعشع گرمايي در نظر گرفته نشده است. كانال مورد بررسي به صورت افقي و قائم با دماي ديواره هاي متفاوت گرم و سرد مي‌باشد. رهيافت شبيه‌سازي گردابه هاي بزرگ و روش عدد ماخ كوچك براي حل معادلات استفاده شده است. همچنين، معادلات تشعشع گرمايي توسط روش P1 حل شده است. شبيه سازي با استفاده از حل گر توسعه يافته bouyantTPimpleFoam در كد منبع باز OPENFOAM انجام شده است. تمركز رساله حاضر بر اين است كه آيا صرف نظر كردن از بر هم كنش آشفتگي و تشعشع گرمايي فرض صحيحي براي جريان تحت بررسي مي باشد؟ در ابتدا، براي تحليل تاثير متقابل آشفتگي و تشعشع گرمايي، صحت تقريب بوسينسك در شرايط جرياني حاكم، بدون اعمال تشعشع گرمايي بررسي شده است. نتايج نشان مي دهد كه افزايش اختلاف دماي ديواره ها، با اعمال تقريب بوسينسك و خواص ترموفيزيكي ثابت با دما، منجر به خطاي زيادي مي شود. خطاي تقريبي 33% و 45% به ترتيب در پيش بيني ضريب اصطكاك و عدد ناسلت بدست آمده است. همچنين مقدار دماي سيال در راستاي ارتفاع كانال در هر دو كانال عمودي و افقي در حالت غير بوسينسك بيشتر از حالت بوسينسك مي باشد. در كانال افقي نيز، افزايش اختلاف دماي ديواره ها و دوري از شرايط بوسينسك سبب مي گردد تا سرعت و دماي سيال نامتقارن گردد. در نهايت، بعد از بررسي صحت تقريب بوسينسك، با اعمال تشعشع گرمايي نتايج نشان مي دهد كه ماكزيمم مقادير بر هم كنش آشفتگي و تشعشع گرمايي صدور و جذب به ترتيب، 2% و 3% مي باشد. بنابراين، مقادير بر هم كنش آشفتگي و تشعشع گرمايي در جريان غير واكنشي حتي با وجود خواص ترموفيزيكي متغير با دما و شرايط غير بوسينسك ناچيز است. همچنين افزايش ضخامت نوري سبب مي گردد تا آشفتگي در جريان هر دو كانال عمودي و افقي كاهش يابد.

190043

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر فرزاد بازديدي طهراني