بررسی همرفت طبیعی حول هندسه های مختلف در داخل محفظه های بسته مربعی

در این پایان نامه، موضوع جریان همرفت طبیعی اطراف استوانه هایی با سطح مقطع مختلف درون محفظه بسته مربعی به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در این شبیه سازی دمای بالاتر th برای استوانه داخلی و دمای پایین تر tc برای دیواره های محفظه فرض گردیده است. به دلیل این اختلاف دما، سیال عامل که در اینجا هوا در نظر گرفته شده است یک جریان همرفت طبیعی را در حضور شتاب ثقل درون محفظه به وجود می آورد. برای حل معادلات حاکم بر مساله ی فوق از روش حجم محدود استفاده گردیده است. در این حل برای ارزیابی توام جملات پخش و جابه جایی از طرح هیبرید و برای برقراری ارتباط بین میدان سرعت و فشار از الگوریتم simple استفاده شده است. معادلات به روش adi با استفاده از حلگر tdma به صورت خط به خط حل گردیده است. همچنین برای تولید شبکه ی مورد نظر از روش قدرتمند جبری استفاده شده است. برای اعتبارسنجی برنامه عددی نوشته شده، نتایج حاصل از حل با یک مقاله معیار یعنی مقاله کیم و همکاران مقایسه گردید که تطابق بسیار خوبی بین آنها مشاهده شد. جریان همرفت طبیعی می تواند از جنبه های متنوعی مورد بررسی قرار گیرد. یکی از این جنبه هایی که کمتر به آن پرداخته شده است بررسی تغییر سطح مقطع استوانه است که در مطالعه حاضر برای یک بیضی با نسبت های منظری مختلف بررسی گردیده است. از طرف دیگر تاثیر تغییر شعاع در یک استوانه دایروی بر نرخ انتقال حرارت از محفظه مورد مطالعه قرار گرفت و در انتها تاثیر تغییر مکان عمودی استوانه با دو سطح مقطع دایره و مربع مطالعه شده است. نتایج بررسی نسبت های منظری در استوانه بیضوی در سه عدد رایلی مختلف 1000، 10000 و 100000 نشان می دهد که با افزایش عدد رایلی و نسبت منظری استوانه نرخ انتقال حرارت از محفظه نیز افزایش یافته است. به عنوان مثال، با افزایش عدد رایلی از 10000 به 100000 برای استوانه بیضوی با نسبت منظری نیم، ناسلت متوسط حدود 80 درصد میزان اولیه و با تغییر نسبت منظری از صفر به یک در رایلی 100000، ناسلت متوسط حدود 40 درصد میزان اولیه افزایش یافته است. از طرف دیگر با بررسی حالات عایق و غیر عایق بودن نیمه های بالایی و پایینی بیضی نشان داده شد که برای حالتی که نیمه بالایی بیضی داغ است انتقال حرارت بیشتری از محفظه وجود خواهد داشت. در هنگام بررسی توزیع محلی ناسلت اطراف دیواره های محفظه در حضور استوانه بیضوی بدون عایق مشاهده شد که مقدار ناسلت در گوشه های محفظه ی مربعی تقریبا صفر است. این به معنای کمترین نرخ انتقال حرارت از این نواحی است. بعلاوه بررسی تاثیر تغییر مکان عمودی استوانه ها برای دو سطح مقطع دایره و مربع نشان داد که با دور شدن استوانه از مرکز محفظه به سمت دیواره های فوقانی و تحتانی، نرخ انتقال حرارت روند صعودی خواهد داشت. ولی این نرخ انتقال حرارت در حالتی که استوانه در نیمه پایین محفظه است از حالت نظیرش در نیمه بالایی بیشتر می باشد. برای نمونه ای از نتایج، در رایلی 100000 زمانی که استوانه دایروی از موقعیت مرکزی خود به اندازه 10 درصد h در راستای قائم به سمت بالا جابه جا می شود ناسلت حدود 5 درصد میزان اولیه افزایش می یابد در حالی که آن زمانی که به همین اندازه در راستای قائم اما رو به پایین جابه جا شود ناسلت به اندازه بیشتری یعنی به میزان 9 درصد میزان اولیه افزایش می یابد.