توصيفگر ها :
انتقال حرارت جابهجايي تركيبي , دو سيلندر پشت سرهم با مقطع مربعي , عدد ريچاردسون , ، شبيهسازي عددي , عدد پرانتل , عدد رينولدز
چكيده فارسي :
انتقال حرارت جابهجايي تركيبي پيرامون اجسام، در بسياري از سيستمهاي مهندسي نظير خنككاري قطعات الكترونيكي نقش بهسزايي دارد. در اين تحقيق، جريان سيال و انتقال حرارت ناشي از دو سيلندر مربعي پشت سرهم بهصورت عددي شبيهسازي گرديد. شبيه سازي ها در بازهاي از اعداد ريچاردسون بين 0 تا 2 و براي اعداد رينولدز 40 و150، با نسبت فاصلهي بين سيلندري 1 تا 4 و سيال هوا با عدد پرانتل 7/0 انجام شد. تحليلها در دو پيكربندي براي جريان دائم (عدد رينولدز40) و جريان غيردائم (عدد رينولدز150) شامل جابهجايي تركيبي با حالت شناوري همجهت و متقاطع با جريان اجباري صورت گرفت و اثر تغييرات عدد ريچاردسون، نسبت فاصلهي بين سيلندري و عدد رينولدز بر ساختار ميدان جريان، نرخ انتقال حرارت و نيروهاي وارد بر سيلندر بررسي گرديد. علاوه بر اين، رفتار جابهجايي آزاد و اجباري بهمنظور مقايسه و تحليل جامعتر مورد مطالعه قرار گرفتند. شبيهسازيها در حالت دوبعدي، با فرض خواص ترموفيزيكي ثابت، بدون درنظرگرفتن منبع حرارتي حجمي در سيال و با صرفنظر از اثرات استهلاك ويسكوز، بر اساس تقريب بوزينسك و در نرمافزار انسيس فلوئنت انجام شد. حل عددي براي عدد رينولدز 40 بهصورت پايا و براي عدد رينولدز 150 بهصورت ناپايا صورت گرفت. بررسي حاضر نشان ميدهد كه ابعاد دامنه محاسباتي نقش قابل توجهي در نتايج نهايي دارند. يافتهها حاكي از آن است كه در حضور نيروي شناوري، الگوي جريان و ساختار گردابهها دستخوش تغيير شده و برخلاف حالت جابهجايي اجباري، رفتار گردابهها در ناحيه پشت سيلندرها به مقدار عدد ريچاردسون شديدا وابسته است. نتايج نشان داد كه در عدد رينولدز 40 براي همه اعداد ريچاردسون بررسي شده شامل جابجايي اجباري و تركيبي جريان سيال از نوع دائم باقي ميماند در حالي كه در عدد رينولدز 150 در جابهجايي اجباري و تركيبي متقاطع، جريان غيردائم امادر حالت شناوري كمكي، نوسانات جريان مستهلك و جريان دائم ميشود. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان ميدهد كه در عدد رينولدز 150، با افزايش عدد ريچاردسون، عدد ناسلت هر دو سيلندر در هر دو حالت شناوري متقاطع و كمكي نسبت به جابجايي اجباري افزايش مييابد. همچنين در تمامي مقادير عدد ريچاردسون در شناوري متقاطع، مقدار عدد ناسلت سيلندر اول از سيلندر دوم بيشتر است. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان ميدهد كه در عدد رينولدز 150در جهت شناوري كمكي، در بازهي عدد ريچاردسون بين 5/0 تا 2، مقدار ضريب درگ متوسط با افزايش عدد ريچاردسون براي هر دو سيلندر افزايش مييابد بهطوري كه براي سيلندر اول در تمامي اعداد ريچاردسون كمتر از حالت جابهجايي اجباري باقي ميماند و براي سيلندر دوم، با افزايش عدد ريچاردسون، ضريب درگ متوسط بهتدريج افزايش يافته و از مقدار متناظر در جابهجايي اجباري فراتر ميرود. مثلا اين افزايش در عدد ريچاردسون 2 و فاصلهي 4 حالت شناوري كمكي براي سيلندر دوم، باعث افرايش 2/2 برابري ضريب درگ متوسط نسبت به حالت جابهجايي اجباري ميشود. در جهت شناوري متقاطع نيز با افزايش عدد ريچاردسون مابين 5/0 تا 2، ضريب درگ متوسط براي هر دو سيلندر افزايش مييابد بهگونهاي كه در تمام مقادير اعداد ريچاردسون، ضريب درگ متوسط هر دو سيلندر كمتر از حالت جابهجايي اجباري است.
چكيده انگليسي :
Mixed convective heat transfer around bodies plays a significant role in many engineering systems such as the cooling of electronic components. In this study, the fluid flow and heat transfer from two tandem square cylinders were numerically simulated. The simulations were performed for Richardson numbers ranging from 0 to 2, at Reynolds numbers of 40 and 150, for gap spacing ratios between 1 and 4, and Prandtl number of 0.7. The analyses were conducted for both aiding buoyancy and cross buoyancy conditions. The effects of Richardson number, gap spacing ratio, and Reynolds number on the flow structure, heat transfer rate, and hydrodynamic forces acting on the cylinders were investigated. In addition, pure natural and forced convection cases were also studied for comparison. The simulations were carried out in two dimensions, assuming constant thermophysical properties, and applying the Boussinesq approximation. The numerical simulations were performed using ANSYS Fluent. The results indicate that the computational domain size has a significant impact on the final outcomes. It was found that in the presence of buoyancy forces, the flow pattern and vortex structures are considerably altered, and unlike pure forced convection, the wake behavior behind the cylinders becomes highly dependent on the Richardson number. For Re = 40, the flow remains steady for all Richardson numbers considered, including both forced and mixed convection cases. However, at Re = 150, the flow becomes unsteady in forced and cross buoyancy conditions, while in aiding buoyancy cases, flow becomes steady state. The results of this study show that at Reynolds number of 150, with an increase in the Richardson number, the Nusselt number of both cylinders increases in both buoyancy modes compared to forced convection. Also, at all values of the Richardson number in cross buoyancy, the Nusselt number of the first cylinder is greater than that of the second cylinder.
