رفتار غیردائم انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی در یک محفظه در حال چرخش 90 درجه‌ای

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد

2 استادیار مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد

چکیده

انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی درون یک محفظه، به شکل هندسی محفظه، میزان و نحوه‌ی گرمایش و سرمایش روی دیوارهای گرم و سرد، خواص سیال درون محفظه و طرز قرارگیری آن بستگی دارد. در این مقاله، یک محفظه مربعی عمودی بررسی شده است. این محفظه عمودی با چرخش 90 درجه‌ای به یک محفظه افقی تبدیل شده است.هدف این مقاله، بررسی رفتار وابسته به زمان جریان درون محفظه و مقدار انتقال حرارت در حین این چرخش است. برای شبیه‌سازی عددی جریان سیال و انتقال حرارت از روش شبکه بولتزمن استفاده شده است. مسأله برای پنج زمان چرخش متفاوت و عدد رایلی 105 حل شده است. خطوط جریان، توزیع دما و مقدار انتقال حرارت در هر لحظه به‌دست آمده است.نتایج نشان داده که برای چرخش سریع محفظه، عمده تغییرات در توزیع دما و انتقال حرارت پس از ایستادن محفظه رخ داده است؛ ولی در چرخش آهسته، مقدار انتقال حرارت در هر لحظه خیلی نزدیک به مقدار حالت دائم در همان وضعیت است.  

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Guo Z, Shi B, Zheng C, (2002) A coupled lattice BGK model for the boussinesq equations. Int J Numer Methods Fluids 39: 325–342.

[2] Bejan A, (2013) Convection Heat Transfer. 4rd edn. Wiley, Hoboken.

[3] Singh H, Earnes P C, (2011) A review of natural convective heat transfer correlations in rectangular cross-section cavities and other potential applications to compound parabolic concentration (CPC) solar collector cavities.  Appl Thermal Eng 310: 2186.

[4] Dixit H N, Babu V, (2006) Simulation of high rayleigh number natural convection in a square cavity using the lattice boltzmann method. Int J Heat Mass Transfer 49: 727–739.

[5] Saitoh T, Hirosek K, (1989) High accuracy benchmark solutions to natural convection in square cavity. J Computer and Fluids 4: 417-427.

[6] Hart J E, (1971) Stability of the flow in a differentially heated inclined box.  J Fluid Mech 47: 547-576.

[7] Hollands K G T, Konicek L, (1973) Experimental study of the stability of differentially heated inclined air layers. Int J Heat Mass Transfer 16: 1467-1476.

[8] Elsherbiny S M, (1996) Free convection in inclined air layers heated from above. Int J Heat Mass Transfer 39: 3925-3930.

[9] Polat O, Bilgen E, (2002) Laminar natural convection in inclined open shallow cavities. Int J Thermal Sciences 41: 360-368.

[10] Djebali R, Ganaoui M E, Sammouda H, (2009) Investigation of a side wall heated cavity by using lattice Boltzmann method. European Journal of Computational Mechanics 18(2): 215-236.

[11] Bairi A, (2008) Nusselt–Rayleigh correlations for design of industrial elements: experimental and numerical investigation of natural convection in tilted square air filled enclosures. Energy Convers Manag 49: 771-782.

[12] Huelsz G, Rechtman R, (2013) Heat transfer due to natural convection in an inclined square cavity using the lattice Boltzmann equation method. Int J Therm Sci 65: 111-119.

[13] Succi S, (2001) The lattice boltzmann equation for fluid dynamics and beyond. Oxford Press University Oxford.

[14] Jami M, Mezrhab A, Bouzidi M h, Lallemand P, (2007) Lattice boltzmann method applied to the laminar natural convection in an enclosure with a heat-generating cylinder conducting body. Int J  Therm Sci 46: 38-47.

[15] He S, Chen S, Doolen G D, (1998) A novel thermal model for the lattice boltzmann method in incompressible limit. J Comput Phys 146: 282-300.

[16] Mohamad A A, El-Ganaoui M, Bennacer R, (2009) Lattice boltzmann simulation of natural convection in an open ended cavity.  Int J Therm Sci 48: 1870-1875.

[17] Mohamad A A, (2011) Lattice boltzmann method fundamental and engineering applications with computer code. Springer Verlag London.

[18] Luo L-S, (1993) Lattice-Gas automata and lattice boltzmann equations for two-dimensional hydrodynamics. PhD thesis Georgia Institute of Technology.

[19] Zou Q, He X, (1997) On pressure and velocity boundary conditions for the lattice boltzmann bgk model. Phys Fluids 9: 1591-1598.

[20] D’Orazio A, Succi S, (2004) Simulating two dimensional thermal channel flows by means of a lattice boltzmann method with new boundary conditions. future gener comp sy 20: 935-944.

[21] De Vahl Davis G, (1983) Natural convection of air in a square cavity: a benchmark numerical solution. Internat J Numer Methods Fluids 3: 249–264.

[22] D’Orazio A, Corcione M, Celata G P, (2004) Application to natural convection enclosed flows of a lattice Boltzmann BGK model coupled with a general purpose thermal boundary condition.  Int J Therm Sci 43: 575-586.