مطالعه تحلیلی انتقال حرارت جابجایی اجباری به جریان آشفته آب فوق بحرانی

انتقال حرارت به سیالات فوق بحرانیف کلی ترین و پیچیده ترین نمونه از انتقال حرارت به سیالات باخواص متغیر می باشد. در فشارهای فوق بحرانی، خواص سیال با دما به شدت تغییر می کنند. به دنبال تغییرات غیر عادی گرمای ویژه و دیگر خواص، انتقال حرارت به جریان سیال به دما، معادله انرژی غیر خطی می شود و تناسب شار با اختلاف دما برقرار نخواهد بود. تغییرات جرم حجمی موجب تغییرات سرعت می گردد انبساط حرارتی، شناوری و گرمای ویژه محلی بالا می توانند تأثیرات مهمی روی انتقال حرارت جابجایی داشته باشند.یک مدل ریاضی به منظور محاسبه ضرایب انتقال حرارت موضعی به جریان پایدار، توسعه یافته، متقارن و آشفته آب فوق بحرانی در یک لوله مدور، بنا نهاده شده است برای حل همزمان معادلات به شدت به هم وابسته مومنتوم و انرژی حاکم بر جریان سیال (که در نتیجه تغییرات چشمگیر خواص سیال با دما می باشد) یک روش عددی، بکار برده شده است. پایه و اساس مدل ارائه شده تئوری قانون دیواره می باشد. عبارت تحلیلی مختلف برای پروفیل عمومی سرعت آزموده شده اند (عبارات دیسلر، پرانتل تیلور، ون دریست، فون کارمن، رنی وریچارت) در مدل ارائه شده، علاوه بر تغییرات شعاعی شار حرارتی و تنش برشی، تغییرات شعاعی خواص سیال نیز لحاظ شده اند همچنین مقایسه ای بین ضرایب انتقال حرارت محاسبه شده توسط مدل و نتایج حاصل از برخی روابط همبسته بدون بعد تجربی، همچون رابطه سونسون، انجام گرفته است عدم تطابق بین نتایج حاصل از روابط همبسته بی بعد تجربی با یکدیگر و با داده های تجربی نشان داد که اینگونه روابط در تخمین ضرایب انتقال حرارت قابل اعتماد نیستند. در این مطالعه، اثر عدد پرانتل آشفتگی نیز مورد بررسی قرار گرفته است پیشرفت های اخیری که در تعریف عدد پرانتل آشفتگی انجام گرفته است. در مدل تحلیلی لحاظ شده اند. دو راهکار مختلف، در تعیین اثر تغییرات شدید خواص بر ضرایب پخش گردابه ای مورد بررسی قرار گرفته اند. این راهکارها عبارتند از روش سو و اسمیت در تعیین اثر تغییرات جرم حجمی و روش هس و کوتز در تعیین اثر تغییرات لزجت بر ضرایب پخش گردابه ای مقایسات مختلف نشان می دهند که در غیاب نیروهای حجمی (شناوری و شتاب جریان) تطابق خوب و نزدیکی بین نتایج حاصل از مدل و داده های تجربی وجود دارد. برخی از پژوهشگران به این نتیجه رسیده اند که ماکزیموم ضرایب انتقال حرارت در مقطعی از جریان رخ می دهد که دمای اغلب نقاط سیال واقع در آن مقطع، بسیار نزدیک به دمای شبه باشد (دمای شبه بحرانی درجه حرارتی است که در آن تغییرات خواص سیال به بیشترین مقدرا می رسد) هر چند که نتایج حاصل از مدل کنونی، این نظریه را تأیید نمی کند. در این مطالعه، نشان داده شده است که ناحیه کوچکی از لایه میانی دارای اثر غالب بر نرخ انتقال حرارت می باشد. به عبارت دیگر، ضریب انتقال حرارت به مقدرا ماکزیموم خودنخواهد رسید مگر آنکه ناحیه شبه بحرانی در لایه میانی قرار گیرد.