آنالیز ترموهیدرودینامیکی جریان آرام فوق بحرانی آب در کانال حلقوی عمودی

انتقال حرارت در سیالات تحت شرایط فوق بحرانی از جمله مسائلی است که به دلیل کاربردهای زیاد آن در صنعت به خصوص در صنایع هسته ای، مورد توجه فراوان قرار گرفته است. در نتیجه، تجزیه و تحلیل دقیق جریان سیالات در شرایط فوق بحرانی همراه با انتقال حرارت به منظور کاربرد آنها در صنعت با قابلیت اطمینان بالا، کاملاً ضروری است. در کار حاضر، رفتار هیدرودینامیکی و حرارتی جریان آرام آب در یک کانال حلقوی عمودی به صورت عددی با استفاده از روشهای دینامیک سیالات محاسباتی در شرایط مختلف با تغییر عدد رینولدز ورودی به کانال بین 250 تا 1000، عدد گراشف ورودی و دمای ورودی بین ?c360 تا ?c380، مورد بررسی قرار گرفته است. خواص سیال مانند چگالی، ویسکوزیته و گرمای ویژه در شرایط فوق بحرانی تابع دما و فشار هستند و شدیداً تغییر می کنند، بنابراین حل معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی به طور همزمان انجام گرفته است. کانال مزبور از فضای بین دو استوانه هم مرکز تشکیل شده است و در تمامی موارد بررسی شده، آب به صورت مادون سرد و در فشار فوق بحرانی mpa 25 و در دمای نزدیک به دمای شبه بحرانی وارد این مجرا می شود. سطح استوانه خارجی عایق بوده و انتقال حرارت به صورت شار حرارتی ثابت از سطح استوانه داخلی به جریان آب انجام می گیرد. هندسه مسئله مورد بررسی، می تواند در حالت کلی تر به صورت فضای بین دو استوانه غیر هم مرکز در نظر گرفته شود. در این راستا به جای استفاده از مختصات استوانه ای، جهت حل معادلات حاکم از فضای محاسباتی استفاده شده است. فرم گسسته یافته معادلات حاکم در فضای محاسباتی با روش حجم محدود بدست آمده و از الگوریتم سیمپل برای حل میدان فشار استفاده شده است. در نهایت حل معادلات حاکم در قالب حل ماتریس سه قطری ایجاد شده با الگوریتم شناخته شده توماس انجام گرفته است. نتایج عددی نشان می دهد که تاثیر نیروی شناوری به حدی زیاد است که باعث می گردد سرعت در نزدیکی دیواره استوانه داخلی افزایش یابد و در نتیجه ضریب انتقال حرارت جابه جایی زیاد شود. علاوه بر این، تغییرات خواص سیال تاثیر قابل توجهی روی توزیع سرعت و انتقال حرارت دارد.