بررسی تجربی و عددی انتقال حرارت جابجایی آزاد به استوانه سرد افقی در بالای یک سطح عایق

انتقال حرارت جابجایی آزاد به استوانه های سرد افقی که در بالای یک سطح قرار دارند در بسیاری از کاربردهای صعنتی نظیر سردخانه ها، سیستم های تهویه و غیره انجام می گیرد. برای انتقال حرارت جابجایی آزاد به یک استوانه تنها که در محیط بینهایت قرار دارد مطالعات گسترده ای صورت گرفته اما در مورد استوانه ای که نزدیک به یک سطح عایق قرار دارد تحلیل های بسیار اندکی انجام گرفته است. در تحقیق حاظر انتقال حرارت جابجایی آزاد به استوانه سرد افقی که در بالای یک سطح عایق و همچنین محصور بین دو سطح عایق عمود بر هم قرار دارد به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در اندازه گیری آزمایشگاهی تأثیر فاصله استوانه از صفحه عایق افقی (l/d) در محدوده بین 1/0 تا 5/1 و همچنین از صفحه عایق قائم (s/d) در محدوده بین 1/0 تا 1 برای اعداد رایلی 105×3 و 105×6 مورد بررسی قرارگرفته است. قطر لوله 8 سانتیمتر بوده و به ازای مقادیر مختلف دمای سطح، آزمایش های متعددی انجام گرفته است. برای انجام بررسی عددی، معادلات حاکم جریان آرام جابجایی آزاد، از روش حجم محدود با کد c++ به کمک نرم افزار openfoam که یک نرم افزار منبع باز تحت سیستم عامل لینوکس است حل شده اند. مطالعات عددی انجام گرفته در محدوده وسیعی از اعداد رایلی از 104 تا 106 انجام گرفته تا نتایج با داده های آزمایشگاهی مقایسه گردند. خطوط جریان، خطوط هم دما و بردارهای سرعت به ازای مقادیر مختلف فاصله از صفحات عایق ترسیم گردیده. جریان هوای سرد پس از حرکت به سمت پایین و برخورد به سطح عایق افقی به هر دو سمت حرکت می کند، که اگر سطح عایق عمودی هم وجود داشته باشد در آن سمت متوقف شده و به سمت مخالف حرکت می کند. میدان های ترسیم شده اطراف استوانه نسبت به حالتی که استوانه در محیط بینهایت قرار دارد متفاوت است. نتایج نشان می دهد که ضریب انتقال حرارت متوسط لوله، وابستگی شدیدی به تغییرات l/d دارد اما تغییرات s/d تأثیر زیادی بر آن ندارد. با این حال، وجود صفحه قائم تأثیر زیادی بر میزان انتقال حرارت دارد. با استفاده از نتایج عددی و آزمایشگاهی رابطه ای تجربی برای نسبت عدد نوسلت متوسط به عدد نوسلت متوسط یک لوله در محیط بینهایت بر حسب عدد رایلی و نسبت فاصله استوانه از سطح عایق به قطر استوانه (l/d) برای استوانه ای که در زیر یک سطح عایق قرار دارد، ارائه شده است.