انتقال حرارت جابجايي طبيعي سيال فوق بحراني در كانال عمودي دما ثابت

Natural Convection Heat Transfer of a Supercritical Fluid in a Vertical channel with isothermal condition

اهميت پژوهش پيرامون خصوصيات سيالات فوق بحراني با درنظر گرفتن افزايش كاربرد آن‌ها در صنايع مختلف غذايي، شيميايي، پليمر، نفت و گاز بيش از پيش آشكار مي‌گردد. يكي از مهم‌ترين خصوصيات اين‌گونه سيالات ، ضريب انبساط حرارتي (B) مي‌باشد. در اكثر فرايندهايي كه اين مولفه در آن‌ها كاربرد دارد، از فرض گاز ايده‌ال استفاده شده است. ضعف اين مدل آن است كه در محدوده نقطه بحراني، قادر به پيش‌بيني صحيح ضريب انبساط حرارتي نمي‌باشد. به همين دليل در پژوهش حاضر به منظور تعيين ضريب انبساط حرارتي، از معادله حالت ردليش‌كوانگ استفاده گرديده و رابطه‌ا‌ي جديد كه تابع دما، فشار و ضريب تراكم‌پذيري مي‌باشد، استخراج شده است. مقايسه رفتار منحني‌هاي حاصل از اين رابطه با مقادير تجربي مطابقت خوبي را نشان مي‌‌دهد. علاوه بر اين انتقال حرارت جابجايي طبيعي سيال فوق بحراني در كانال عمودي با ديواره‌هاي دما ثابت به صورت عددي مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حاكم به روش حجم محدود و بر پايه الگوريتم سيمپل حل گرديده و پس از اعتبارسنجي با مطالعات پيشين، به مقايسه مشخصه‌هاي جريان و انتقال حرارت به ازاي ضريب انبساط حرارتي مبتني بر فرض گاز ايده‌آل وضريب انبساط حرارتي حاصل از اين تحقيق براي سيال فوق بحراني پرداخته شده است. در انتها روند تغييرات ضريب انتقال حرارت با فاصله گرفتن سيال از نقطه بحراني مورد مطالعه قرار گرفته است.

The significance of research on the specifications of the supercritical fluids becomes more evident with respect to the increase of their application in different food, chemical, polymer, oil, and gas industries. One of the major specifications, is the coefficient of thermal expansion (B)where the ideal gas model was used in most of the processes in which this component is applied; the weakness of this model is that it is unable to make an accurate prediction of this parameter within the range of critical point. For this reason,in this study to determine the coefficient of thermal expansion, Redlich–Kwong equation of state is used and a new relation as a function of temperature, pressure, and compressibility is obtained. Comparing behavior of the curves obtained from this relation with experimental data, exhibits a favorable consistency. Moreover, natural convection heat transfer of the supercritical fluid in a vertical channel at constant temperature wall conditions was considered numerically. The governing equations were solved using the finite-volume method (FVM) and based on the SIMPLE Algorithm. after validation with earlier studies. Then, the flow and heat transfer characteristics based on the obtained coefficient of thermal expansion were compared with the ideal gas assumptions. Finally, the trend of change in heat transfer coefficient away from the critical point was studied.