17354

17354

تحليل انتقال گرماي تركيبي (جابجايي مختلط- تشعشع گرمايي) در كانال قائم سه بعدي همراه با خواص متغير با دما

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

اسفند 1395

دكتر فرزاد بازديدي طهراني

مكانيك

چكيده هدف از پايان¬نامه حاضر تحليل انتقال حرارت تركيبي (تشعشع گرمايي- جابجايي مختلط) آشفته در يك كانال سه¬بعدي قائم در شرايطي است كه خواص سيال با تغييرات دما، تغيير مي¬كند. جريان سيال در عدد رينولدز برابر با 6200 بر مبناي عرض كانال و عدد گراشف برابر با 107 بر مبناي عرض كانال و اختلاف دماي ديواره گرم و سرد، با سرعت و دماي يكنواخت وارد كانال مي¬شود. عدد رينولدز اصطكاكي بر مبناي عرض كانال 150 در نظر گرفته شده است. دو ديواره سمت راست و چپ، در دماي ثابت قرار داشته و ديواره¬هاي جلويي و عقبي ازنظر همرفتي، آدياباتيك در نظر گرفته¬ شده¬اند. ديواره سمت راست گرم بوده و جريان سيال در نزديكي آن داراي اثرات شناوري هم¬سو و ديواره سمت راست سرد بوده و جريان سيال در نزديكي آن داراي شناوري ناهم‌سو هست. براي حل معادلات سه¬بعدي ناوير- استوكس و انرژي از بسته متن‌باز اوپن¬فوم استفاده شده است. جهت مدل‌سازي آشفتگي از مدل دومعادله¬اي مبتني بر RANS، استفاده شده است. تمامي ديواره¬ها از نظر تشعشعي فعال مي¬باشند. سيال عامل نيز از نظر تشعشعي فعال بوده و خاكستري، داراي ضخامت نوري و خاصيت پراكنش مي¬باشد. براي تحليل معادلات تشعشعي از روش جهات مجزا (DOM) بهره¬برداري شده است. خواص سيال مانند ويسكوزيته ديناميكي و ضريب هدايت حرارتي بر مبناي قانون تواني با دما متغير هستند. چگالي سيال نيز بر مبناي قانون گاز كامل تغيير مي¬كند. در پژوهش حاضر تأثير چهار پارامتر تشعشعي به نام¬هاي ضريب صدور ديواره ( )، ضخامت نوري ( )، نسبت پراكنش ( ) و عدد پلانك ( )، تأثير خواص متغير با دما و همچنين تأثير تغيير چگالي با فرض غيربوزينسك در حضور شرايط مرزي گرمايي نامتقارن، بر روي ميدان¬هاي جريان و دما، انرژي جنبشي آشفتگي، عدد ناسلت و ضريب اصطكاك مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهند كه با افزايش اثرات تشعشعي ناشي از افزايش ، و كاهش و ، پروفيل¬هاي سرعت و دما به سبب كم شدن اثرات شناوري يكنواخت‌تر مي¬گردند. همچنين با فرض خواص متغير با دما، مقادير عدد ناسلت و ضريب اصطكاك ديواره گرم كاهش و در نزديكي ديواره سرد هر دو آن‌ها افزايش مي¬يابند. از طرفي با فرض تغييرات چگالي بر مبناي غيربوزينسك، مقدار عدد ناسلت و ضريب اصطكاك در نزديكي ديواره گرم كاهش ولي در نزديكي ديواره سرد افزايش مي¬يابد. واژه‌هاي كليدي: انتقال حرارت تركيبي، كانال قائم، روش جهات مجزا، خواص متغير با دما، فرض غيربوزينسك

1396/03/09

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: The aim of this dissertation is to analyse the effect of radiation on turbulent mixed convection in a vertical duct with variable thermophysical properties. The Reynolds number based on duct width is and the Grashof number based on duct width and hot and cold wall temprature diffrence is . The turbulent Reynolds number is . Both right and left walls have constant temprature, where back and front walls are insulated. Right wall is the hot wall and flow near that is aiding where left wall is cold and flow near that is opposing due to bouyancy effects. The open source OpenFoam CFD toolbox employed to solve the three dimensional Navier- Stocks and energy equation. RANS based model is employed to model the turbulence. All the walls are active in radiation and the fluid is considered gray, absorbing and scattering. The Radiative transfer equation is solved by disceret ordinate method. The fluid’s dynamic viscosity and thermal conductivity varies by temperaturebased on power law. The density is based on perfect gas equation of state. The effect of four radiative parameters, namely, wall emissivity, optical thickness, scatteing albedo, conduction-to-radiation parameter, the effect of variable thermophysical properties and the effect of Boussinesq and nonBoussinesq approximation on the flow and thermal fields, Nusselt number and friction factor are studied. The results show that with rise in radiation effects by increasing and and decreaing and , due to reduction in buoyancy effects, the velocity and temperature profiles become flattened. Also, results show that when the thermophysical properties are variable with temperature, the Nusselt number and friction factor on aiding side decreased and on opposing side increased. By Non-Boussinesq approximation, the Nusselt number and friction factor, both, increased on opposing side and decreased on aiding side. Keywords: Effect of adiation om mixed convection, Verticl duct, Discerete Ordinate Method, Variable Thermophysical properties, Boussinesq and Non-Boussinesq approximation