بررسي اثرات برهم‌كنش بين سيال و جامد بر جابجايي طبيعي گذرا داخل محفظه‌ مربعي با پره ارتجاعي

Effects of fluid-structure interaction on transient natural convection in a square enclosure with flexible baffle

در پژوهش حاضر با در نظر گرفتن اثرات برهم‌كنش دو طرفه بين سيال و جامد، انتقال حرارت جابجايي طبيعي گذرا در يك محفظه‌ مربعي با پره ارتجاعي به روش عددي بررسي شده است. محفظه از هوا با عدد پرانتل 71/0 پر شده است. ديواره‌هاي عمودي در شرايط دما ثابت سرد و گرم، و ديواره‌هاي افقي و پره عايق هستند. به منظور توصيف حركت سيال در مدل ارايه شده از ديدگاه اويلري- لاگرانژي قراردادي استفاده شده است. معادلات بي بعد ميدان سيال به همراه شرايط مرزي مربوطه، با استفاده از روش حجم محدود گسسته سازي شده و به منظور حل همزمان معادلات از الگوريتم پيزو استفاده گرديده است. معادلات بي بعد حركت پره نيز با استفاده از روش المان محدود و تكنيك تكرار نيوتن- رافسون حل گرديده است. تغييرات عدد رايلي در گستره 103 تا 106 است. نتايج حاكي از آن است كه در بين حالات مورد بررسي، به ترتيب حدود 25 و 35 درصد از آن ها، افزايش و كاهش انتقال حرارت در مقايسه با محفظه داراي پره صلب از خود نشان داده اند. بيشترين و كمترين ميزان تغييرات عدد ناسلت متوسط حالت پايا به ترتيب برابر با 5/4 و 4/15- درصد است. در مقايسه با پره صلب، زمان رسيدن به حالت پايا در حدود 90 درصد از حالات مورد بررسي افزايش يافته كه اين افزايش، امر مطلوبي تلقي نمي گردد.

In this study, the numerical investigation of transient natural convection with respect to the effects of two-way fluid-structure interaction is presented in a square enclosure containing a flexible baffle. The enclosure is filled with air of Prandtl number 0.71. Temperature is constant in both hot and cold vertical walls, while baffle and horizontal walls are adiabatic. Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation is used to describe the fluid motion in the given model. Non-Dimensional equations of the fluid domain with relevant boundary conditions are discretized by the finite volume method (FVM), and PISO algorithm is used to solve the pressure-velocity coupling. Non-Dimensional equations of the baffle motion are solved by the finite element method (FEM) and also the Newton-Raphson iteration technique. Rayleigh number changes over the range of 103 to 106. Among the assessed situations, 25 percent and 35 percent of them respectively, indicate increment and reduction in the rate of heat transfer compared with the enclosure containing a rigid baffle. Maximum and minimum values of Num,ss variation are 4.5 and -15.4 percent, respectively. Compared with the rigid baffle, about 90 percent of the assessed cases indicate an increase in the time to reach the steady state situations, which is not considered favorable.