Three Dimensional Laminar Convection Flow of Radiating Gas over a Backward Facing Step in a Duct

در اين مطالعه، شبيه سازي سه بعدي جريان جابه‌جايي آرام و اجباري سيال بر روي يك پله‌ پسرونده، در داخل يك كانال‌ با مقطع مستطيلي و با در نظر گرفتن اثرات تابشي گاز مورد بررسي قرار گرفته است. سيال عامل همانند يك محيط خاكستري در جذب، صدور و پخش تشعشع شركت مي كند. براي حل معادلات حاكم كه شامل معادلات بقاي جرم، مومنتوم و انرژي هستند، دستگاه مختصات سه بعدي كارتزين مورد استفاده قرار گرفته است. جهت بدست آوردن ميدان‌هاي سرعت و دما، اين معادلات به صورت عددي و با استفاده از روشهاي ديناميك سيالات محاسباتي حل مي‌گردند. فرم جداسازي شده‌ي معادلات حاكم، توسط روش حجم محدود بدست آمده و با به كار بردن الگوريتم سيمپل حل مي‌شوند. از آنجايي كه گاز به عنوان يك محيط شركت كننده در انتقال حرارت تشعشعي نقش دارد، تمام مكانيزم‌هاي انتقال حرارت كه شامل جابه‌جايي، هدايت و تشعشع بوده به طور همزمان در معادله انرژي درنظر گرفته مي‌شوند. براي محاسبه جمله تشعشع در معادله انرژي، معادله انتقال حرارت تابشي به طور عددي و با به كاربردن روش طول‌هاي مجزا حل شده و توزيع شار تشعشعي داخل جريان گاز محاسبه مي‌شود. نتايج حل عددي به صورت رسم نمودارهايي براي بررسي اثرات ضخامت نوري، ضريب ‌البدو ، عدد تشعشع- هدايت بر روي رفتار انتقال حرارت جريان گاز ارايه شده است. همچنين سازگاري خوبي بين نتايج عددي بدست آمده از مطالعه حاضر با نتايج مطالعات قبلي برقرار است.

In this study, three-dimensional simulations are presented for laminar forced convection flow of a radiating gas over a backward-facing step in rectangular duct. The fluid is treated as a gray, absorbing, emitting and scattering medium. The three-dimensional Cartesian coordinate system is used to solve the governing equations which are conservations of mass, momentum and energy. These equations are solved numerically using the CFD techniques to obtain the temperature and velocity fields. Discretized forms of these equations are obtained by the finite volume method and solved using the SIMPLE algorithm. Since the gas is considered as a radiating medium, all of the convection, conduction and radiation terms are presented in the energy equation. For computation of radiative term in energy equation, the radiative transfer equation (RTE) is solved numerically by the discrete ordinates method (DOM) to find the divergence of radiative heat flux distribution inside the radiating medium. The numerical results are presented graphically and the effects of the radiation-conduction parameter, optical thickness and albedo coefficient on heat transfer behavior of the system are investigated. Comparison of numerical results with the available data published in open literature shows a good consistency.