بررسی عددی تأثیر اعمال یک میدان مغناطیسی بر جریان جابجایی آزاد و انتقال حرارت در یک حفره دو بعدی در حالت گذرا

وجود جریان جابجایی آزاد درون محفظه ای که از یک مذاب در حال انجماد پر شده است باعث پدیدار شدن یک ساختار غیر همگن و درشت دانه در محصول نهایی می گردد. بمنظور رفع این مشکل، دانشمندان علم مواد از دانش هیدرودینامیک مغناطیسی کمک گرفته، و با اعمال یک میدان مغناطیسی مناسب بر مذاب درون محفظه، جریان جابجایی را کاهش داده و یک ساختار ریز دانه و همگن در محصول نهایی بوجود آورده اند. در این تحقیق، با نوشتن یک برنامه کامپیوتری، به بررسی عددی تأثیر اعمال یک میدان مغناطیسی ثابت بر جریان جابجایی آزاد و میدان دما در حالت گذرا و آرام درون یک محفظه دو بعدی حاوی فلز گالیم مذاب با عدد پرانتل 0.02 برای سه مسئله مختلف در محفظه ای با دیواره های جانبی دما ثابت و دیواره های جانبی شار حرارتی ثابت پرداخته شده است. علاوه بر بررسی تأثیر قدرت میدان مغناطیسی (عدد هارتمن) بر میدان جریان و میدان دما، تأثیر تغییرات پارامترهای مختلف دیگری نظیر عدد رایلی، زاویه قرارگیری محفظه نسبت به افق، زاویه اعمال میدان مغناطیسی و نسبت ابعاد محفظه بر میدان جریان و میدان دما مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. برای تبدیل معادلات دیفرانسیل به معادلات جبری از روش حجم محدود ارائه شده توسط پاتنکار استفاده شده است. نتایج حاصله بصورت خطوط دما ثابت، خطوط جریان و همچنین نمودارهای تغییرات ضریب انتقال حرارت ارائه شده است. نتایج نشان دادند که با افزایش عدد هارتمن، بخاطر تقابل نیروی لورنتز با نیروی شناوری، از مقادیر سرعت درون محفظه کاسته شده و در نتیجه ماکزیمم قدر مطلق تابع جریان و نرخ انتقال حرارت کلی بین دیواره های گرم و سرد محفظه کاهش یافته و جابجایی آزاد تضعیف می شود. همچنین با اعمال یک میدان مغناطیسی مناسب می توان جابجایی آزاد را از بین برده و و به سمت هدایت خالص پیش رفت. همچنین جابجایی تضعیف شده در اعداد هارتمن بالا، قابل محو شدن با افزایش زاویه انحراف محفظه از 0 تا 90 درجه در خلاف جهت عقربه های ساعت می باشد. همچنین کمترین مقدار عدد ناسلت متوسط مربوط به اعمال میدان مغناطیسی در راستای عمود بر شتاب ثقل برای اعداد رایلی بالا و انتخاب محفظه ای با نسبت ابعاد 2 برای تمام اعداد رایلی می باشد.