توصيفگر ها :
انتقال حرارت جابهجايي تركيبي , عدد ريچاردسون , عدد رينولدز , سيلندر سهبعدي , نسبت منظري , تقريب بوزينسك
چكيده فارسي :
بررسي انتقال حرارت جابهجايي تركيبي از اجسام جريان بند، بهخصوص در سيلندرها، در بسياري از كاربردهاي مهندسي مانند خنككاري قطعات الكترونيكي اهميت دارد. در اين پژوهش، شبيهسازي انتقال حرارت جابهجايي تركيبي از يك سيلندر با مقطع مربعي سهبعدي متصل به كف، انجام شد. اين شبيهسازيها در محدوده اعداد ريچاردسون 0 تا 2 و در اعداد رينولدز 40 تا 100 براي نسبت منظري 1 تا 4، براي سيال هوا با عدد پرانتل 7/0 صورت گرفت. شبيهسازيها براي دو حالت جابهجايي تركيبي با جهت شناوري متقاطع و موافق با جريان اجباري انجام و تأثير عدد ريچاردسون، نسبت منظري و عدد رينولدز بر ساختار جريان، ميزان انتقال حرارت و همچنين نيروهاي اعمالي به جسم موردمطالعه قرار گرفت. همچنين جابهجايي آزاد در دو جهت شناوري نامبرده و جابهجايي اجباري نيز مورد مقايسه و بررسي قرار گرفتند. شبيهسازيها در حالت سهبعدي، خواص ترموفيزيكي ثابت، جريان آرام و دائم، بدون درنظرگرفتن چشمه حجمي حرارتي در سيال و با ناديدهگرفتن اثرات استهلاك ويسكوز با استفاده از تقريب بوزينسك در نرمافزار انسيس فلوئنت انجام شد. اين بررسي نشان مي دهد كه اندازه دامنه محاسباتي تأثير مهمي بر نتايج دارد. نتايج اين پژوهش نشان داد كه در حضور نيروي شناوري، ساختار و الگوي جريان تحت تأثير قرار گرفته و بر خلاف جابهجايي اجباري، ساختار گردابه ها در ناحيه ويك سيلندر بشدت تحت تأثير اختلاف دما يا به عبارتي عدد ريچاردسون مي باشد. در حضور نيروي شناوري موافق با جريان اجباري، ضريب نيرو در راستاي محورهاي x و y در مقايسه با نيروي شناوري متقاطع، به ترتيب افزايش و كاهش مييابد. در حالت كلي، ضريب نيروي كل براي شناوري موافق، مقداري بزرگتر نسبت به شناوري متقاطع است (به عنوان مثال براي عدد ريچاردسون 2، نسبت منظري4 و عدد رينولدز 100، ضريب نيروي كل حدود 30 درصد در شناوري موافق نسبت به شناوري متقاطع افزايش مي يابد). ميزان انتقال حرارت سيلندر براي جابهجايي تركيبي متقاطع و موافق با جريان، حدودا به يك ميزان بوده با اين تفاوت كه در جابهجايي با شناوري متقاطع، سطح پشتي سيلندر و در جابهجايي با شناوري موافق، سطوح جانبي و بالايي سيلندر نقش بسزايي در انتقال حرارت از سيلندر را ايفا مي كنند. همچنين در نسبت منظري و عدد رينولدز ثابت، با افزايش عدد ريچاردسون، ضرايب نيرو در راستاي محور x و y و همچنين عدد ناسلت كل سيلندر براي هر دو جهت شناوري، افزايش مي يابند. اين در حالي است كه در عدد ريچاردسون و نسبت منظري ثابت، با افزايش عدد رينولدز ضرايب نيرو در راستاي محورهاي x و y در هر دو جهت شناوري روندي كاهشي اما عدد ناسلت روندي افزايشي دارند.
چكيده انگليسي :
In this study, numerical simulations of the mixed convection heat transfer from a three-dimensional wall-mounted square cylinder were carried out. The simulations were conducted for Richardson numbers between 0 to 2, Reynolds numbers 40 to 100, for aspect ratios 1 to 4. Simulations were carried out for the two modes of aided mixed convection and cross mixed convection. All simulations were performed with constant thermophysical properties, laminar flow, ignoring the effects of viscous dissipation under the Boussinesq approximation by Ansys Fluent software. In addition, free convection heat transfer in the two mentioned buoyancy directions has also been simulated for comparison. The results showed that in the aided and cross mixed convection, under the condition of Reynolds number and constant aspect ratio, with the increase of Richardson number, the value of Nusselt number increases. In addition, It was observed that in the two mentioned buoyancy directions, under the condition of Richardson number and constant aspect ratio, with the increase of Reynolds number, the values of Force coefficents decreases. The results showed that the presence of buoyancy force significantly influenced the flow field and vortex formation in the wake region of the cylinder, especially under cross mixed convection conditions. Unlike pure forced convection, the vortical structures were strongly affected by temperature gradients, as represented by the Richardson number. In aided mixed convection, the force coefficients along the x-axis increased while those along the y-axis decreased compared to the cross mixed mode. Overall, the total drag coefficient in the aided mixed convection mode was higher than that of the cross mixed convection mode; for instance, at a Richardson number of 2, aspect ratio of 4, and Reynolds number of 100, the total drag coefficient increased by approximately 30% compared to cross mixed convection.
