مطالعه عددی فرایند انجماد در محفظه حاوی چاه حرارتی فین دار

اهمیت نقش فرآیندهای مختلف همواره در زندگی ما و بسیاری از کاربردهای علمی مشاهده می شود . تقریباً تمام روش های های جریان سیال و انتقال حرارت به عنوان فرآیندهای اصلی می باشند .در میان پدیده های دوفازی ، فرآیند انجماد به دلیل اینکه در محدوده وسیعی از فرآیندهای صنعتی همانند فرآوری فلزات ، سرمایش غذا ، فرآیندهای ریخته گری ، مهندسی محیط زیست ، تجمع یخ در بالهای هواپیما ، ذوب برف و یخبندان زمین ، سرمایش زمین ، افزایش حجم خاک حاصل از یخبندان ، یخ زدگی سازه های دریایی و هوایی ، خطوط انتقال سیال و سیستم های ذخیره انرژی ، ساخت شیشه و مواد بلوری و همچنین تغییر فاز مواد سیستم های نگهداری که از پارافین ها ، نمک ها یا اسیدهای چرب استفاده می شود به دلیل گرمای نهان آنها کاربرد دارد ، از اهمیت فراوانی برخوردار شده است . در تحقیق حاضر به بررسی فرآیند انجماد در محفظه حاوی چاه حرارتی فین دار به صورت غیردائم بانرم افزار فلونت می پردازد . هندسه مورد مطالعه دارای یک ورودی و خروجی می باشد که سیال آب با دمای بیشتر از نقطه انجماد وارد محفظه شده و توسط چاه حرارتی موجود در محفظه که دمایی کمتر از نقطه انجماد آب دارد سرد شده و یخ می زند . در این تحقیق برای شبیه سازی جریان سیال در حال انجماد با به کارگیری روش آنتالپی – تخلخل برای پیش بینی مرز مشترک مایع / جامد که توانایی تشخیص محل انجماد را در هر لحظه دارد توسعه داده شده است . روش به کار رفته یک روش ضمنی است که فشار به عنوان متغیر اصلی می باشد . در روال فوق معادلات ناویر – استوکس با استفاده از روش حجم محدود حل شده اند . به منظور کوپل کردن معادلات سرعت و فشار از الگوریتم سیمپلر استفاده شده و دستگاه معادلات جبری بدست آمده با گسسته سازی حل می گردد . در این تحقیق تأثیر ؛ 1) وجود فین برای چاه حرارتی 2) تغییر طول فین چاه حرارتی 3) تغییر سرعت ورودی سیال 4) تغییر دمای ورودی سیال 5 ) تغییر دمای چاه حرارتی 6) تغییر موقعیت چاه حرارتی 7) تغییر نسبت منظری چاه حرارتی 8) تغییر زاویه چاه حرارتی با افق ،برجریان و انتقال حرارت درون محفظه ، بررسی گردیده و نتایج آن در قالب خطوط جریان ، خطوط همدما ، میزان یخ زدگی سیال ، توزیع دما و سرعت سیال گزارش شده است . از دیگر نتایج بدست آمده در این پژوهش ارائه روابطی برای محاسبه و پیش بینی میزان یخ زدگی سیال درون محفظه با گذشت زمان می باشد . در این تحقیق مشخص شد وجود فین و افزایش طول فین باعث افزایش میزان یخ زدگی می شود . افزایش سرعت ، دمای ورودی سیال و دمای چاه حرارتی باعث کاهش یخ زدگی سیال می شوند . بهترین موقعیت برای استقرار چاه حرارتی در محفظه از لحاظ دارا بودن کمترین یخ زدگی گوشه سمت راست و پایین محفظه ( نزدیک دهانه خروجی ) و برای بیشترین یخ زدگی در وسط – مرکز محفظه می باشد . همچنین دربررسی تأثیر تغییر زاویه چاه حرارتی مشخص شد بیشترین میزان یخ زدگی در زاویه چاه حرارتی با افق رخ می دهد .