Other language title :
تحليل انتقال حرارت غيرفوريه در پوسته هاي كروي هدفمند تحت شرايط جابجايي - تشعشع
Title of article :
Non-Fourier Heat Transfer Analysis of Functionally Graded Spherical Shells under Convection-Radiation Conditions
Author/Authors :
Malekzadeh, Parviz Department of Mechanical Engineering - School of Engineering - Persian Gulf University Bushehr , Nejati, Razieh Department of Mechanical Engineering - School of Engineering - Persian Gulf University Bushehr
Abstract :
In this study, non-Fourier heat transfer analysis of functionally graded (FG) spherical shells subjected to the radiative-convective boundary conditions at their inner and outer surfaces is presented. It is assumed that the material properties have continuous variations along the thickness direction. The incremental differential quadrature method (IDQM) as an accurate and computationally efficient numerical tool is adopted to discretize the governing differential equations in both the spatial and temporal domain. The fast rate of convergence behavior and accuracy of the method are investigated through different examples. Further, the results are compared with those available in the open literature wherever possible. Comparison studies between the results of IDQM and Runge-Kutta method (RKM) are also performed to establish the superior computational efficiency of the IDQM with respect to RKM. After validating the present formulation and method of solution, the influences of different parameters on the temperature time history and temperature distribution of the FG spherical shells are investigated. It is shown that the radiation boundary conditions decrease the period of oscillation of temperature time history. Also, it is observed that by increasing the non-Fourier time constant, the non-dimensional temperature oscillatory behavior increases. On the other hand, the present study reveals that the IDQM, as an accurate and practically efficient method, can be used for the analysis of different problems in the fields of oil and petrochemical engineering in the future.
Farsi abstract :
انتقال حرارات غيرفوريه كره هاي هدفمند مدرج تحت شرايط مرزي تشعشع - جابجايي روي سطوح داخلي و بيروني شان ارائه گرديده است
فرض شده است كه خواص مادي به صورت پيوسته در راستاي ضخامت تغيير مي كنند. روش تفاضل مربعات افزايشي به عنوان يك روش عددي دقيق و به لحاظ محاسباتي كارا، براي تجزيه معادلات ديفرانسيل حاكم در دامنه مكان و زمان انتخاب گرديده است. نرخ همگرايي سريع و دقت روش با حل چند مثال مطالعه شده و هر جا امكان داشته است نتايج با نتايج موجود در منابع علمي در دسترس مقايسه شده است. مقايسه هايي نيز بين روش تفاضل مربعات افزايشي و روش رانج - كوتا صورت پذيرفته تا برتري محاسباتي اين روش نسبت به روش رانج - كوتا اثبات گردد. پس از اعتبارسنجي فرمولاسيون و روش حل، تاثير پارامترهاي مختلف روي تاريخچه زماني دما و توزيع دما درون كره ها هدفمند مدرج بررسي شده است. نشان داده شده است كه شرايط مرزي تشعشع دوره نوسانات تاريخچه زماني دما را كم مي نمايد. همچنين مشاهده شده است كه افزايش ثابت زماني غير فوريه، رفتار نوساني دما را افزايش مي دهد. از طرف ديگر، اين مطالعه آشكار كرده است كه روش تفاضل مربعات افزايشي، به عنوان يك روش دقيق و عملاً كارآمد، مي تواند براي مسائل مختلف در زمينه هاي مهندسي نفت و پتروشيمي به كار رود
Keywords :
Non-fourier heat transfer , Functionally graded materials , Spherical shells , Radiation boundary conditions
Journal title :
Astroparticle Physics