بررسی انتقال گرمای جابجایی طبیعی یک حفرۀ مربعی دارای المانهای زبری مثلثی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه دامغان، دامغان، ایران

2 فارغ التحصیل کارشناسی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه دامغان، دامغان، ایران

چکیده

جابجایی طبیعی دوبعدی جریان لایه‌ایئ تراکم ناپذیر در داخل یک حفرۀ مربعی با وجود المان های زبری مثلثی بر روی دیواره های عمودی، با روش المان محدود بررسی شده است. مطالعۀ حاضر برای نسبت های ابعادی مختلف و حالت های گوناگون قرارگیری المان ها بر روی دیوارۀ چپ به تنهایی و هر دو دیوارۀ چپ و راست با هم، در اعداد رایلی مختلف انجام شده است. هوا به عنوان سیال عامل در نظر گرفته شده است. رفتار هیدرودینامیکی و گرمایی سیال در حضور المانهای زبری مثلثی در قالب خطوط جریان، خطوط هم دما و عدد ناسلت متوسط بررسی شده است. نتایج به دست آمده بر پایۀ این شبیه سازی نشان دهندۀ این مطلب است که المانهای مثلثی به طور قابل توجهی بر رفتار جریان سیال و انتقال گرمای داخل حفرۀ مربعی تاثیر می گذارد. بیشترین کاهش در آهنگ انتقال گرما نسبت به حفرۀ خالی برای حالت 05/0 =A، در عدد رایلی 106 و برابر 66/26% برای زمانی که المان ها زبری در دیوارۀ گرم واقع شده است، محاسبه گردید. 

کلیدواژه‌ها


[1]  Shishkina O., Wagner C., Modelling the influence of wall roughness on heat transfer in thermal convection, Journal of Fluid Mechanic, 686, pp. 568–582. 2011.
[2]  de Vahl Davis G., Natural convection of air in a square cavity: a bench mark numerical solution, International Journal of Numerical Methods of Fluids, 3, pp.249–264. 1983.
[3]  Gebhart B., Jaluria Y., Mahajan R. L., Sammakia B., Buoyancy induced flows and transport. Hemisphere, 1988.
[4]  Ostrach, S., Natural Convection in Enclosures, ASME J Heat Trans, 110, pp. 1175–1190. 1988.
[5]  Bhavnani S., Bergles A., Natural convection heat transfer from sinusoidal wavy surfaces, Wrme-und Stoffübertragung, 26, pp. 341–349, 1991.
[6]  Ruhul Amin, M., Natural convection heat transfer in enclosures fitted with a periodic array of hot roughness elements at the bottom, International Jouranl of Heat and Mass Transfer, 36, pp. 755–763, 1993.
[7]  Bejan A., Convection Heat Transfer. Second ed, Wiley & Sons, 1995.
[9]  Nazari M., Kayhani M.H, Mohebbi R., “Heat transfer enhancement in a channel partially filled with a porous block: lattice Boltzmann method”. International Journal of Modern Physics C 24 (09), 1350060, 2013.
[10]             Nazari M., Kayhani M.H, Mohebbi R., Numerical Investigation of Heat Transfer of Non-Newtonian Fluid in a Porous Medium, Journal of Solid and Fluid Mechanics 3 (1), pp. 105-119, 2013.
[11]             Mohebbi R., Nazari M., Kayhani M.H., Power-law fluid flow and heat transfer in a channel with a built-in porous square cylinder: Lattice Boltzmann simulation, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 204, pp. 38-49, 2014.
[12]             Mohebbi R., Nazari M., Kayhani M.H,  Comparative study of forced convection of a power-law fluid in a channel with a built-in square cylinder, Journal of Applied Mechanics and Technical Physics 57 (1), 2016.
[13]               Heidari H., Mohebbi R., Safarzade A.,  Parameter estimation in fractional convection-diffusion equation, PONTE International Scientific Research Journal 72 (2), 2016.
[14]              Bejan A., Kraus A. D., Heat Transfer Handbook, John Wiley & Sons, 2003.
[15]             Ozisik M. N., Heat transfer: a basic approach, 1985.
[16]             Jiji L.M., Jiji L.M., Heat Convection, Springer, 2006.
[17]             Bajorek S., Lloyd J., Experimental investigation of natural convection in partitioned enclosures,Journal Heat Transfer, 104, pp.527–532, 1982.
[18]             Kaviany M., Effect of a protuberance on thermal convection in a square cavity, Journal of Heat Transfer, 106, pp.830–834, 1984.
[19]            
35
Anderson R., Bohn M., Heat transfer enhancement in natural convection enclosure flow, Journal of Heat Transfer, 108, pp. 330–336, 1986.
[20]             Shaw H.J., Chen C.o.K., Cleaver, J., Cubic spline numerical solution for twodimensional natural convection in a partially divided enclosure, Numerical Heat Transfer, Part A: Appllication, 12, pp. 439–455. 1987.
[21]             Shakerin S., Bohn M., Loehrke R., Natural convection in an enclosure with discrete roughness elements on a vertical heated wall, International Journal Heat and Mass Transfer, 31, pp.  1423–1430, 1988.
[22]             Acharya S., Jetli R., Heat transfer due to buoyancy in a partially divided square box, International Journal of Heat and Mass Transfer, 33, pp. 931–942, 1990.
[23]             Ruhul Amin, M., Natural convection heat transfer and fluid flow in an enclosure cooled at the top and heated at the bottom with roughness elements,International Journal of Heat and Mass Transfer, 36, pp. 2707–2710, 1993.
[24]             Yucel N., Ozdem A. H., Natural convection in partially divided square enclosures, Heat Mass Transfer, 40, pp. 167–175, 2003.
[25]             Shi X., Khodadadi J., Laminar natural convection heat transfers in a differentially heated square cavity due to a thin fin on the hot wall, Journal of Heat Transfer, 125, pp. 624–634, 2003.
[26]              نظری م. و رمضانی س.، انتقال حرارت جابه جایی آزاد در یک حفره مربعی با وجود مانع گرم به روش شبکه بولتزمن. مجلۀ مهندسی مکانیک مدرس، د. 11، ش. 2، ص 119-133، 1390.
[27]          شیخ زاده ق. ع.، احترام ح. ر. و آقایی، ع.، بررسی عددی جابجائی طبیعی نانوسیال‌ در محفظه‌ مربعی با منبع حرارتی مرکزی و ارائه روابطی برای محاسبه عدد ناسلت، مجلۀ مهندسی مکانیک مدرس، د. 13 ش.10، ص 62-74، 1392.
[28]             Yousaf M., Usman S., Natural convection heat transfer in a square cavity with sinusoidal roughness elements, International Communications in Heat and Mass Transfer, 39, pp. 368–377, 2015.
[29]             Mezrhab A., Moussaoui M.A., Jami M., Naji H., Bouzidi M.h., Double MRT thermal lattice Boltzmann method for simulating convective flows, Physics Letter A, 374, 3499–3507, 2010.
[30]  Yang X., Shi B., Chai Z., Generalized modification in the lattice Bhatnagar–Gross–Krook model for incompressible Navier–Stokes equations and convection–diffusion equations, Physics Review E, 90 013309, 2014.