بررسی عددی اثر میدان مغناطیسی بر انتقال حرارت جابجایی آزاد درون یک محفظه

در صنعت ریخته گری و رشد بلور از یک میدان مغناطیسی خارجی استفاده می شود تا جریان جابجایی اجتناب ناپذیر ناشی از اختلاف دمای بین ناحیه مذاب و دیوار انجماد را تضعیف کنند. این امر منجر به کنترل بهتر کیفیت بلور و همگنی آن می شود. در این تحقیق اثر میدان مغناطیسی بر ا نتقال حرارت جابجایی آزاد یک فلز مایع، درون یک محفظه مربعی به صورت عددی، مطالعه شده است. هندسه مسئله یک محفظه دو بعدی به همراه دو پارتیشن عایق، یکی بر روی دیوار بالا و دیگری بر روی دیوار پایین می باشد . معادلات حاکم برای جریان های آرام و مغشوش در حالت خواص متغیر با فرض رینولدز مغناط یسی خیلی کوچک و همچنین جریان آرام با فرض اینکه جریان سیال بر میدان مغناطیسی اثرگذار است در نظر گرفته شده اند. این معادلات به همراه شرایط مرزی به صورت عددی و با استفاده از روش حجم محدود حل می شوند. گسسته سازی جملات جابجایی معادله مومنتوم توسط تکنیک هیبرید و جملات پخش از روش تفاضل مرکزی انجام شده است. وابستگی میدان سرعت و فشار از طریق الگوریتم سیمپلر برقرار شده و معادلات تفکیک شده که کاملاً به هم وابسته می باشند از طریق روش ماتریس سه قطری حل می شوند. مسئله برای دو حالت آرام و آشفته برای سدیم مایع با پرانتل 0,01 مورد بررسی قرار گرفته و اثر پارامترهای تاثیر گذار از قبیل عدد رایلی، عدد هارتمن، موقعیت قرارگیری پارتیشن ها و ابعاد پارتیشن ها بر رژیم جریان و توزیع دما در محفظه بررسی شده اند. ابتدا نشان داده شده است که اگر رینولدز مغناطیسی خیلی کوچک باشد جریان سیال بر توزیع میدان مغناطیسی درون محفظه بدون پارتیشن اثر نداشته و میدان مغناطیسی در کل محفظه ثابت و برابر با میدان مغناطیسی اعمال شده می باشد. سپس نشان داده شده است که با اعمال میدان مغناطیسی ، قدرت جابجایی و در نتیجه انتقال حرارت کاهش می یابد. بطوریکه با اعمال میدان مغناطیسی قوی، مکانیزم انتقال حرارت در محفظه به هدایت تبدیل می شود. وجود پارتیشن نیز انتقال حرارت از دیوار گرم به سرد را کاهش داده، بطوریکه مقدار عدد ناسلت کمتر از یک میشود و با افزایش ابعاد پارتیشن ها عدد ناسلت کاهش می یابد. همچنین نشان داده شده است که در جریان آرام صرف نظر از موقعیت قرار گیری پارتیشن ها و اب عاد آنها، با اعمال میدان مغناطیسی مقدار عدد ناسلت کاهش یافته و به مقداری ثابت میل میکند. با افزایش عدد هارتمن از یک مقدار به بعد، به علت اینکه مکانیزم انتقال حرارت هدایت در محفظه غالب می شود، تغییرات عدد ناسلت ناچیز می شود. در جریان مغشوش نیز مشاهده میشود که با افزایش عدد هارتمن، عدد ناسلت کاهش یافته و به سمت یک میل میکند. در هر موقعیت قرار گیری پارتیشن ه ا در جریان مغشوش ، در هارتمن های پایین با افزایش ارتفاع پارتیشن ها مقادیر عدد ناسلت به شدت کاهش مییابد، اما با افزایش عدد هارتمن، کاهش عدد ناسلت ناشی از افزایش ارتفاع پارتیشن، کم می شود.