بررسی اثر حفره‌بندی بلوک بر میزان انتقال حرارت با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ولی‌عصر(عج)، رفسنجان، ایران

2 دانشیار، گروه مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ولی‌عصر(عج)، رفسنجان، ایران

3 استادیار، گروه مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ولی‌عصر(عج)، رفسنجان، ایران

10.22044/jsfm.2020.8596.2964

چکیده

در این مطالعه، اثر اندازه و تعداد حفره‌های بلوک بتنی سبک وزن بر میزان اتلاف حرارت با استفاده از شبیه‌سازی عددی مورد بررسی قرار گرفت. به‌منظور به حداقل رساندن ساده‌سازی‌ها، انتقال حرارت ترکیبی جابجایی و تشعشع در حفره‌های بلوک که در آن‌ها هوا محبوس شده است بکار گرفته شده است. همچنین در جداره بلوک انتقال حرارت هدایت در نظر گرفته شد. جهت بررسی نحوه قرارگیری حفره‌های هوا در بلوک، دو قید هندسی در طراحی آن‌ها اعمال شد که درنتیجه آن 22 پیکربندی ممکن به دست آمد که در آن‌ها می‌بایستی حداقل دو و حداکثر نه حفره هوا وجود داشته باشد. به‌منظور شبیه‌سازی جریان و انتقال حرارت از روش دینامیک سیالات محاسباتی مبتنی بر روش حجم کنترل محدود استفاده گردید. انتقال حرارت طبیعی سه‌بعدی به‌صورت پایا با جریان آرام و تراکم ناپذیر در محفظه‌ها در نظر گرفته شد. به‌منظور بررسی و مقایسه عملکرد حرارتی بلوک‌ها، ضریب هدایت معادل تعیین و نتایج به‌صورت کانتورهای دما و سرعت ارائه گردیدند و درنهایت بهینه‌ترین پیکربندی‌های حفره‌های هوا از دیدگاه انتقال حرارت معرفی شدند. نتایج نشان می‌دهد که نحوه قرارگیری و اندازه حفره‌ها تأثیر قابل توجهی در نرخ انتقال حرارت دارد. همچنین لحاظ کردن انتقال حرارت تشعشعی در حفره‌ها بسیار با اهمیت می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


[1] Meyer B, Mitchell J, El-Wakil M (1982) The effect of thermal wall properties on natural convection in inclined rectangular cells. J Heat Trans-T ASME 104(1): 111-117.

[2]  Kim D, Viskanta R (1984) Study of the effects of wall conductance on natural convection in differently oriented square cavities. J Fluid Mech 144: 153-176.

[3]  Kim D, Viskanta R (1985) Effect of wall heat conduction on natural convection heat transfer in a square enclosure. J Heat Trans-T ASME 107(1): 139-146.

[4]  Akiyama M, Chong Q (1997) Numerical analysis of natural convection with surface radiation in a square enclosure. Numer Heat Tr A-Appl 32(4): 419-433.

[5]  Ramesh N, Venkateshan S (1999) Effect of surface radiation on natural convection in a square enclosure. J Thermophys Heat Tr 13(3): 299-301.

[6]  Lorente S, Petit M, Javelas R (1998) The effects of temperature conditions on the thermal resistance of walls made with different shapes vertical hollow bricks. Energ Buildings 28(3): 237-240.

[7]  Al-Hazmy M (2006) Analysis of coupled natural convection–conduction effects on the heat transport through hollow building blocks. Energ Buildings 38(5) 515-521.

[8]  Del Coz Díaz J (2007) Analysis and optimization of the heat-insulating light concrete hollow brick walls design by the finite element method. Appl Therm Eng 27(8-9): 1445-1456.

[9]  Antar M A (2010) Thermal radiation role in conjugate heat transfer across a multiple-cavity building block. Energy 35(8): 3508-3516.

[10] Sun J, Fang L (2009) Numerical simulation of concrete hollow bricks by the finite volume method. Int J Heat Mass Tran 52(23-24): 5598-5607.

[11] Del Coz Díaz J (2010) A FEM comparative analysis of the thermal efficiency among floors made up of clay, concrete and lightweight concrete hollow blocks. Appl Therm Eng 30(17-18): 2822-2826.

[12] Sambou V (2016) Modeling of the thermal performance of air-filled partitioned enclosures: Effects of the geometry and thermal properties. J Build Phys 39(4): 321-341.

[13] Boukendil M, Abdelbaki A, Zrikem Z (2017) Numerical simulation of coupled heat transfer through double hollow brick walls: Effects of mortar joint thickness and emissivity. Appl Therm Eng 125: 1228-1238.

[14] Huang J, Yu J, Yang H (2018) Effects of key factors on the heat insulation performance of a hollow block ventilated wall. Appl Energ 232: 409-423.

[15] Zhang T, Yang H (2019) Heat transfer pattern judgment and thermal performance enhancement of insulation air layers in building envelopes. Appl Energ 250: 834-845.

[16] Kanellopoulos G (2017) Numerical Analysis and Modelling of Heat Transfer Processes through Perforated Clay Brick Masonry Walls. Procedia Environ Sci 38: 492-499.

[17] Khanafer K, Vafai K, Lightstone M (2003) Buoyancy-driven heat transfer enhancement in a two-dimensional enclosure utilizing nanofluids. Int J Heat Mass Tran 46(19): 3639-3653.

[18] Markatos NC, Pericleous K (1984) Laminar and turbulent natural convection in an enclosed cavity. Int J Heat Mass Tran 27(5): 755-772.

[19] De Vahl Davis G (1983) Natural convection of air in a square cavity: a bench mark numerical solution. Int J Numer Meth Fl 3(3): 249-264.

[20] Bejan A (2013) Convection heat transfer. John Wiley & Sons.

[21] Bejan A, Al-Homoud AA, Imberger J (1981) Experimental study of high-Rayleigh-number convection in a horizontal cavity with different end temperatures. J Fluid Mech 109: 283-299.

[22] Kim SK, Kim SY, Choi YD (2002) Resonance of natural convection in a side heated enclosure with a mechanically oscillating bottom wall. Int J Heat Mass Tran 45(15): 3155-3162.