بررسي عددي خنك‌كاري بهينه مانع مربعي

Numerical Investigation of Optimized Cooling of Square Obstacle

در اين مقاله انتقال حرارتجابجايي آزاد در يك محفظه بسته با وجود يك مانع مربعي گرم دما ثابت مورد بررسي قرارگرفته است. نتايج ارايه شده، توسعه مقاله‌‌ي منتشر شده‌ي قبل ([1]: نظري م، رمضاني س، انتقال حرارت جابجايي آزاد در يك حفره مربعي با وجود مانع گرم به روش شبكه‌بولتزمن، مجله علمي پژوهشي مهندسي مكانيك مدرس، دوره11، ص133-119) بوده و اثرات هندسي مانع و محل قرارگيري آن بر روي انتقال حرارت به دقت لحاظ شده است. سيال مورد بررسي هوا و جريان سيال دو بعدي، پايا و تراكم ناپذير است. براي شبيه‌سازي عددي از روش شبكه بولتزمن استفاده شده و نتايج حاصل، با نتايج روش حجم محدود نيز مقايسه‌ شده است. علاوه براين، براي نخستين بار يك تحليل مقياسي بين دو روش انجام شده است. در روش شبكه بولتزمن، معادلات مومنتوم با استفاده از اعمال نيروي حجمي در معادله بولتزمن قابل استخراج است. تاثير تغيير نسبت طول مانع به طول محفظه و همچنين تاثير تغيير عدد رايلي بر الگوي جريان سيال و انتقال حرارت در محفظه بررسي شده است. با افزايش عدد رايلي از 3 10 تا 5 10 انتقال حرارت افزايش مي‌يابد و افزايش نسبت طول قطعه به طول حفره از 1/0 تا 4/0 نيز باعث افزايش انتقال حرارت مي‌شود. تغييرات عدد ناسلت با تغيير مكان مانع و براي اعداد رايلي مختلف، نمايش داده شده و مكاني از مانع كه در آن بيشترين نرخ انتقال حرارت رخ مي‌دهد، مورد بررسي قرار گرفته است

In this paper, natural convection heat transfer in a cavity induced by an isothermal obstacle is investigated. This paper is an extension of our previous paper (Nazari M, Ramzani S (2011) Natural convection in a square cavity with a heated obstacle using lattice Boltzmann method. Modares Mechanical Eng. Journal, 11: 119–133) so that the effects of geometrical parameters and position of the obstacle are considered precisely. Air is chosen as a working fluid and the flow is assumed to be two-dimensional, steady and incompressible. Lattice Boltzmann method is employed for the numerical analysis and the results are compared with finite volume results. A scale analysis is also performed for both numerical methods which have not been presented in the literature. With the representation, the Navier-Stokes equation can be derived from the lattice Boltzmann equation through the Chapman-Enskog expansion. The study is performed for different aspect ratios and different values of Rayleigh number. Heat transfer rate increases by either way of increasing the Ra number from 103 to 105 or increasing the aspect ratio from 0.1 to 0.4. At last, the Nusselt number versus the obstacle’s position, for different aspect ratios and Rayleigh numbers is shown and the position of the obstacle in which heat transfer rate is maximum is investigated