مطالعه عددی انتقال حرارت جابجایی طبیعی همراه با تشعشع در یک محفظه مستطیلی با یک مانع گرد مرکزی

در این پژوهش با استفاده از شبیه سازی عددی، بر همکنش بین انتقال حرارت جابجایی طبیعی و تشعشع در یک محفظه دو بعدی کوچک مورد بررسی قرار گرفته است. اهداف اصلی پژوهش عبارتند از : 1- تعیین اهمیت نسبی جابجایی طبیعی و تشعشع و 2- تخمین زدن میزان ضرایب انتقال حرارت جابجایی طبیعی. مدلها با استفاده از نرم افزار تولید شبکه gambit تولید شده اند و محاسبات عددی مورد نیاز به وسیله نرم افزار دینامیک سیالاتی fluent انجام شده است. البته در مواقع مورد نیاز از کد برنامه نویسی نیز استفاده شده است. محفظه مورد نظر 5/2 سانتیمتر ارتفاع و بین 5 تا 10 سانتیمتر طول دارد. یک جسم با سطح مقطع گرد نیز در مرکز محفظه قرار دارد. قطر جسم مرکزی بین 5/0 تا 5/1 سانتیمتر در شبیه سازی های مختلف متغیر است. پارامترهای مورد بررسی عبارتند از : دماهای سطحی میانگین، شار حرارتی کل خالص و شار حرارتی تشعشعی خالص. از این پارامترها برای تعریف درصد اختلاف دمایی، درصد سهم شارهای حرارتی، ضرایب انتقال حرارت جابجایی، اعداد ناسلت و اعداد رایلی استفاده می شود. عدد رایلی بین 005/0 تا 300 متغیر است و ضریب انتقال حرارت بین 2 تا w/(m^2 k) 25 بسته به شبیه سازی های مختلف متغیر است. شبیه سازی ها با استفاده از دماهای مختلف مرز سمت راست که از 310 تا 1275کلوین تغییر می کنند، انجام شده است. وقتی که دمای مرز سمت راست بیش از 800 کلوین است، خطای اندازه گیری برای دمای مانع مرکزی وقتی که از رسانش و جابجایی طبیعی صرفنظر شده است کمتر از 1/6% است. در دماهای پایین تر مرز سمت راست (مثل 310 کلوین)، مدهای دیگر انتقال حرارت غیر از تشعشع دارای درصد سهم مهمی از انتقال حرارت هستند ( نزدیک به 50 درصد ). بنابراین در دماهای پایین مرز سمت راست، حتما باید اثر جابجایی طبیعی در محاسبات لحاظ شود و نمی توان از آن صرفنظر کرد. وقتی که فقط یک دمای بالک سیال داریم و مقادیر دمای سطحی میانگین در دسترس هستند می توانیم برای ساده سازی محاسبات عددی از یک مقدار ضریب انتقال حرارت میانگین زمانی برابر با w/(m^2 k) 73/6 استفاده کنیم. در حالتی که مرز سمت راست به صورت گذرا در طی شبیه سازی تغییر می کند، تمام انواع انتقال حرارت غیر از تشعشع با خطایی کمتر از 1/8% می توانند صرفنظر شوند.