توصيفگر ها :
الكتروهيدروديناميك , رديابي جبهه , جوشش فيلمي , تغيير فاز , انتقال حرارت
چكيده فارسي :
پديده جوشش فيلمي كاربردهاي زيادي در صنايع از جمله كوره هاي صنعتي، مبدل هاي انتقال حرارت در نيروگاه هاي هسته اي و فسيلي
دارد. در اين رساله جوشش فيلمي روي صفحه افقي در حضور يك ميدان الكتريكي يكنواخت با شرايط مرزي شارحرارتي ثابت و دما
ثابت به صورت دو بعدي توسط روش عددي رديابي جبهه/تفاضل محدود شبيه سازي شده است. در روش رديابي جبهه با در نظر گرفتن
تعدادي نقاط و المان هاي حاصل از متصل شدن اين نقاط به يكديگر، مرز مشترك دو فاز ساخته مي شود. اعمال ميدان الكتريكي به عنوان
روش فعال به طور وسيعي در جهت تقويت انتقال حرارت بين دو فاز به كار مي رود. شبيه سازي اين پديده جهت بررسي تاثير ميدان
الكتريكي بر روي انتقال حرارت و رفتار مرز مشترك براي پيش بيني رشد و حركت حباب ها اهميت بسياري در صنايع دارد. به دليل
اينكه اعمال ميدان الكتريكي باعث حركت هاي ثانويه در سيال مي شود روش الكتروهيدروديناميكي ناميده مي شود. ميدان الكتريكي با
اعمال يك اختلاف پتانسيل الكتريكي به مرزهاي بالا و پايين مدل شده و سپس نيروي الكتريكي با فرض آن كه آب يك سيال كاملا دي
الكتريك است، محاسبه شده است. اين نيرو كه يك نيروي حجمي است به معادلات ناوير-استوكس به صورت مستقيم اضافه شده است.
لازم به ذكر است كه تاثير ميدان الكتريكي بر فرآيند جوشش فيلمي با اين روش عددي اولين بار است انجام مي شود. ابتدا با شبيه سازي
جوشش فيلمي در حضور و عدم حضور ميدان الكتريكي، صحت كاركرد روش عددي حاضر با نتايج نيمه تجربي و عددي اعتبارسنجي
شده است. سپس تاثير ميدان الكتريكي روي رفتار مرز مشترك و عدد ناسلت براي شرايط مرزي شار ثابت و دما ثابت بررسي و همچنين
اثر اعداد بدون بعد مطالعه شده است. در همه حالات اعمال ميدان الكتريكي باعث افزايش عدد ناسلت شد. با اعمال ميدان الكتريكي
زمان رشد حباب و ضخامت فيلم بخار نيز كاهش يافت. براي شرط مرزي شار ثابت با افزايش ميدان الكتريكي حباب هاي كوچك تري به
جز حباب هاي اصلي روي سطح تشكيل شد. در شرط مرزي دماثابت نيز با افزايش ميدان الكتريكي طول موج ناپايداري كاهش يافت و
يا به عبارت ديگر تعداد مكان هاي رشد حباب افزايش يافت
چكيده انگليسي :
The phenomenon of film boiling has many applications in various industries, such as industrial furnaces, heat exchangers in nuclear and fossil power plants. In this thesis, film boiling
on a horizontal plane in the presence of a uniform electric field with constant heat flux and
constant temperature boundaries is simulated in two dimensions by the numerical method
of front tracking/finite difference. In the front tracking method, by considering a number of
points and elements from the connection of these points to each other, an interface between
the two phases of liquid and steam is made. Applying an electric field as an active method
is widely used to enhance heat transfer between two phases. Simulation of this phenomenon
to investigate the effect of electric field on heat transfer and interface behavior to predict
the growth and movement of steam bubbles produced is of great importance in the industry.
Because applying an electric field causes secondary movements in the fluid, it is called the
electrohydrodynamic method. The electric field is modeled by applying an electric potential
difference to the upper and lower boundaries, then the electric force is calculated assuming
that water is a completely dielectric fluid. This force, which as similar to the surface tensile
forces, is a volumetric force added directly to the Navier-Stokes equations. It is noticeable
that the effect of electric field on film boiling with this numerical method is done for the first
time. First, by simulation film boiling in the presence and absence of an electric field, the
accuracy of the present numerical method is validated with quasi-experimental and numerical results. Then, the effect of the electric field on the behavior of the common boundary and
the Nusselt number for the boundary conditions of constant flux and constant temperature is
investigated, and also the effect of dimensionless numbers is studied. generally, by applying
an electric field, it increased the Nusselt number. By applying an electric field, the bubble
growth time, bubble thickness, and vapor film thickness were also reduced. For the boundary
condition of constant heat flux, small bubbles formed on the surface with increasing electric
field except for the main bubbles. In the constant temperature boundary condition, with an
increasing electric field, the number of bubble growth sites increased, or in other words, the
instability wavelength decreased.
