بررسي عددي انتقال حرارت جابجايي طبيعي درون يك محفظه مثلثي با ديوارهاي جانبي انعطاف‌پذير حاوي يك منبع‌گرمازاي استوانه‌اي

Numerical Study of Natural Convection Heat Transfer inside a Triangular Cavity with Flexible Sidewalls Containing a Cylindrical Heat Source

در اين پژوهش، انتقال حرارت جابجايي طبيعي درون يك محفظه مثلثي حاوي يك منبع گرمازاي استوانه‌اي با ديوارهاي مورب انعطاف‌پذير بررسي مي‌شود. سيال فرض شده درون محفظه، هوا است. ديوارهاي مورب انعطاف‌پذير محفظه در دماي ثابت سرد Tc قرار دارند و منبع گرم استوانه‌اي در دماي قرار دارد. معادلات با استفاده از روش المان محدود گالركين گسسته مي‌شوند و به منظور توصيف حركت سيال از ديدگاه اويلري_لاگرانژي دلخواه استفاده مي‌شود. در اين پژوهش تأثير متقابل ميدان سيال و ميدان جامد روي يكديگر و اثر موقعيت منبع گرمازاي استوانه‌اي شكل بر ميدان سيال و دما بررسي مي‌شود. به همين منظور، اثر پارامترهاي مختلفي همچون عدد رايلي ( 106≥Ra ≥)104، تغيير موقعيت منبع گرمازا (0/15+≥ ≥ 0/15 - ) در راستاي خط عمودي گذرنده از مركز سطح محفظه، روي تغيير شكل ديوارهاي انعطاف‌پذير، ميدان‌هاي جريان و دما و نرخ انتقال حرارت مورد بررسي قرار مي‌گيرد. نتايج حاصل نشان مي‌دهد كه در يك موقعيت ثابت منبع گرم، با افزايش عدد رايلي، اندازه تابع جريان ماكزيمم، عدد ناسلت متوسط و تغيير شكل ديوارهاي انعطاف‌پذير افزايش مي‌يابند. همچنين، نتايج حاصل نشان مي‌دهد كه موقعيت منبع گرمازا اثر قابل توجهي بر ميدان دما و جريان دارد. به طوري كه با حركت كردن منبع گرمازا به سمت پايين محفظه، عدد ناسلت متوسط براي اعداد رايلي 104 و 105 كاهش و براي عدد رايلي 106 در ابتدا افزايش و سپس كاهش پيدا مي‌كند.

In this study, the natural convection heat transfer within a triangular cavity with elastic diagonal walls containing a cylindrical heat source is investigated. The assumed fluid inside the cavity is air. The flexible diagonal walls of the cavity are considered to be at a constant cold temperature of Tc and the cylindrical heat source is at the hot temperature of Th. In this study, the interaction of fluid and solid fields and the effect of cylindrical heat source position on flow and temperature fields are examined. For this purpose, the effect of Rayleigh number and changing the position of the heat source along the vertical centerline on the deformation of flexible walls, flow and temperature fields, and heat transfer rate are investigated. The results show that for a fixed position of the heat source, an increase in the Rayleigh number increases the maximum of the stream function, the average Nusselt number, and the deformation of the flexible walls. Also, the results show that the position of the heat source depending on the Rayleigh number has different effects on the temperature and flow fields. As the heat source moves to the bottom of the cavity, the average Nusselt number for Rayleigh numbers of 104 and 105 decreases, and Rayleigh number of 106 first increases and then decreases.