برای انتقال گرمای بین سطح و سیالی متحرک، که دمای آن‌ها با هم متفاوت است، از واژه‌ی جابجایی استفاده می‌شود. انتقال گرمای جابجایی از دو مکانیزم تشکیل می‌شود. یکی انتقال انرژی ناشی از حرکت تصادفی مولکول‌ها (پخش) و دیگری انتقال انرژی بر اثر حرکت کپه‌ای (ماکروسکوپیک) سیال می باشد. وقتی که جریان توسط وسایل خارجی از قبیل فن و یا پمپ به وجود بیاید، جابجایی اجباری داریم. در مقابل آن جابجایی آزاد، جریان بر اثر نیروهای شناوری به وجود می‌آید. در جابجایی آزاد هیچ عامل خارجی وجود ندارد و حرکت سیال فقط در اثر تاثیر دانسیته می‌باشد و توسط اختلاف چگالی در سیال که توسط گرادیان دما تامین می‌شود، انتقال می‌یابد.(۱)

اهمیت بررسی جابجایی آزاد

جابجایی آزاد در سال های اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است و این توجه به دلیل وجود این نوع جابجایی در طبیعت و نیز کاربردهای آن در مهندسی می‌باشد. در طبیعت سلول‌های جابجایی از طلوع آفتاب و نور خورشید، زمین و آب را گرم کرده و این اصلی ترین صورت سیستم آب و هوایی می‌باشد. همچنین این انتقال در جریان های اقیانوسی و نیز در جریان هوای گرم روی آتش و همچنین شکل گیری بادهای اقیانوسی دیده می‌شود. (۱)

علم انتقال حرارت یکی از مهم ترین و پر کاربرد ترین علوم مهندسی است که با توجه به لزوم مدیریت انرژي و صرفه جویی در مصرف انرژي اهمیت آن چندین برابر می شود. بهینه سازي تجهیزات انتقال حرارت جهت رسیدن به راندمان بالاتر انرژي نیازمند تمرکز بر کوچک سازي تجهیزات از یک سو و افزایش انتقال حرارت به ازاي واحد سطح از سوي دیگر است.(۱)

کاربردها

شبیه سازي جابجایی اجباري و آزاد در هندسه هاي مختلف کاربرد‌هاي گسترده اي در زمینه‌هاي مهندسی و صنعتی دارد .از جمله این کاربرد‌ها می توان به افزایش میزان انتقال حرارت، خنک کاري قطعات الکترونیکی، تکنولوژي هاي مربوط به روان کاري، تولید شیشه شناور، انتقال حرارت در حوضچه هاي خورشیدي، راکتورهاي هسته اي، صنایع غذایی و … اشاره نمود. (۲-۴)

جابجایی طبیعی به دلیل کاربرد های وسیع آن بسیاری از تحقیقات را به خود اختصاص داده است. از جمله این کاربرد ها می توان به عایق کاری ساختمان ها، انبار نگه داری غلات، کلکتور‌‌های خورشیدی، ذخیره انرژی در مبدل‌های زیرزمینی، خنک کاری قطعات الکترونیکی و بازیابی و کنترل دمای راکتورها اشاره نمود.(۵-۸)

مرور برخی از تحقیقات انجام شده در این زمینه

مهدی شادان و همکارانش در سال ۱۳۹۶ به بررسی عددی جابجایی طبیعی یک استوانه گرم پرشده با نانوسیال آب و اکسید مس پرداختند. سیال داخل محفظه نانو سیال بود، بررسی آن‌ها نشان داد که با افزایش عدد رایلی، مقدار ناسلت متوسط افزایش می یابد.[۹]

شیخ الاسلامی و همکارانش در سال ۲۰۱۲ جابجایی آزاد داخل یک محفظه بسته استوانه قرار گرفته بود، را مورد مطالعه قرار دادند. که استوانه در دمای بالای T_h و دیواره های اطراف در دمای پایین T_c قرار دارند.[۱۰]

فصل دوم

معرفی مسئله، معادلات حاکم و شرایط مرزی

تعریف مسئله و روش حل آن

در این بخش مسئله مورد نظر و روش به کار گرفته برای حل آن به تفضیل بیان می شود.

معرفی مسئله

هندسه مسئله حاضر در شکل ۲-۱ نشان داده شده است. یک محفظه استوانه ای عمودی پر شده سیال آب با ابعادی به ارتفاع Hو به شعاع خارجیR می باشد. دیواره های جانبی استوانه عایق است. و دما ثابت می باشد.

رژیم جریان آرام و سیال مورد استفاده نیوتنی و غیر قابل تراکم فرض می شوند جریان و میزان انتقال حرارت جابجایی آزاد در داخل محفظه به صورت عددی مورد مطالعه قرار می گیرد. جریان سیال آب با سرعت و دمای یکنواخت ورودی به ترتیب برابر V₁ و T₁_در جهت محور لوله وارد می شود فشار جریان سیال در خروجی لوله برابر با P_out=0=P_A می باشد. مطلوب است:

الف) حل عددی جریان و انتقال حرارت

ب) رسم عرضی پروفیل سرعت در وسط لوله و رسم پروفیل مولفه Z سرعت در امتداد محور لوله

ج) رسم پروفیل دما در وسط لوله و رسم پروفیل طولی دما در امتداد محور لوله

د) رسم کانتور فشار

ه) رسم کانتور دما

بزار لایکش کنم لایک

اشتراک گذاری