مطالعه انتقال حرارت ترکیبی جابه جایی-تابشی در جریان آشفته داخل مجراهایی با انبساط ناگهانی

59,000تومان

توضیحات

دانشکده فني و مهندسي

بخش مهندسي مکانيک

پايان نامه تحصيلي براي دريافت درجه کارشناسي ارشد رشته مهندسي مکانيک گرايش تبديل انرژي

 

مطالعه انتقال حرارت ترکیبی جابه­جایی-تابشی در جریان آشفته داخل مجراهایی با انبساط ناگهانی

چکیده

در مطالعه حاضر، جریان آشفته با جابه‌جایی اجباری در حضور گاز تشعشعی، در ناحیه توسعه یافتگی یک کانال‌ افقی دو بعدی با پله‌ پسرونده، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. سیال عامل همانند یک محیط خاکستری در جذب، صدور و پخش تشعشع شرکت می­کند. جهت بدست آوردن توزیع سرعت و دما در داخل کانال، معادلات دو بعدی ناویراستوکس و انرژی همراه با معادلات مربوط به انرژی جنبشی و نرخ اتلاف انرژی هر یک از میدان­های سرعت و دما در جریان آشفته، به صورت عددی حل می‌گردند. در این راستا برای شبیه سازی جریان آشفته از مدل k-ε توسعه یافته[1] استفاده شده است. برای محاسبه جمله تشعشع در معادله انرژی، معادله انتقال تشعشع[2] به صورت عددی و با روش طول‌های مجزا[3] حل شده و توزیع شار تشعشعی داخل جریان گاز محاسبه می‌شود. فرم جداسازی شدة معادلات حاکم، توسط روش حجم محدود بدست آمده و با استفاده از الگوریتم سیمپل حل می‌شوند. نتایج حل عددی به صورت رسم نمودارهایی برای بررسی اثرات عدد تشعشع- هدایت، ضریب ‌البدو و ضخامت نوری بر روی رفتار انتقال حرارت جریان گاز ارائه شده است. همچنین سازگاری خوبی بین نتایج عددی بدست آمده از مطالعه حاضر با نتایج مطالعات قبلی برقرار است.

کلمات کلیدی: پله‌پسرو، جریان اجباری آشفته، انتقال حرارت تشعشعی، روش طول‌های مجزا

فهرست مطالب

عنوان  ——————————————————————–  صفحه

 

فصل اول: مقدمه     …………………………………………………………………………………. 1
1-1 مقدمه     ………………………………………………………………………………. 2
1-2 بررسی مقالات و مطالعات انجام شده     …………………………………….. 2
1-3 هدف از مطالعه حاضر     …………………………………………………………. 5
فصل دوم: شرح مسئله و معادلات حاکم     ……………………………………………….. 6
2-1 مقدمه     ………………………………………………….. 7
2-2 هندسه مسئله     …………………………………….. 7
2-3 مروری بر خواص جریان آشفته در مقایسه با جریان آرام     …… 8
2-4 تعاریف     ……………………………………………….. 9
2-4-1 طول مقیاس کولموگروف     …………………………. 9
2-4-2 شدت آشفتگی     ………………………………………………………………….. 10
2-4-3 زمان مقیاس آشفتگی     ………………………………………………………….. 11
2-5 معادلات حاکم بر جریان آشفته     …………………………………………….. 11
2-5-1 معادله پیوستگی در جریان آشفته     …………………………………………… 12
2-5-2 معادله مومنتوم در جریان آشفته     …………………………………………….. 12
2-5-3 معادله انرژی در جریان آشفته     ………………………………………………. 13
2-5-4 معادله انرژی آشفتگی در جریان آشفته     ………………………………….. 14
2-5-5 تنش برشی در جریان آشفته     …………………………………………………. 15
2-6 مدل سازی جریان آشفته و مدل­های آشفتگی     ………………………….. 16
2-7 روابط اساسی حاکم بر ویسکوزیتة گردابی     ……………………………… 17
2-7-1 رابطة اساسی ویسکوزیتة گردابی بوزینسک     …………………………….. 17
2-8 مدل­های ویسکوزیتة گردابی     ………………………………………………… 19
2-8-1 مدل­های دو معادله­ای     ………………………………………………………….. 19
2-8-2 مدل استاندارد k-ε     ……………………………………………………………… 20
2-8-3 مدل توسعه یافته k-ε     ………………………………………………………….. 22
2-9 معادلات حاکم بر مسئله     ………………………………………………………. 23
2-9-1 معادلات حاکم بر جریان     …………………………………………………….. 23
2-9-2 شرایط مرزی     …………………………………………………………………….. 26
2-9-3 معادلات تشعشعی     ………………………………………………………………. 27
2-9-4 محاسبه گرادیان شار حرارتی تشعشعی (  )     ………………………. 28
2-10 معادلات بدون بعد     ……………………………………………………………… 29
2-11 پارامترهای مورد بررسی     ………………………………………………………. 31
2-11-1 دمای متوسط     …………………………………………………………………….. 31
2-11-2 عدد نوسلت     ………………………………………………………………………. 31
فصل سوم: روش حل معادلات     …………………………………………………………….. 33
3-1 مقدمه     ………………………………………………………………………………. 34
3-1-1 روش اختلاف محدود     …………………………………………………………. 35
3-1-2 روش المان محدود     …………………………………………………………….. 35
3-1-3 روش حجم محدود     …………………………………………………………….. 35
3-2 شبکه محاسباتي و حجم‌هاي کنترلي     ………………………………………. 36
3-3 روش طول­های مجزا     …………………………………………………………… 38
3-3-1 معادلات طول­های مجزا     ………………………………………………………. 39
3-3-2 انتخاب جهت در روش طول­های مجزا     …………………………………… 41
3-4 گسسته کردن معادلات تشعشعی با روش طولهای مجزا     ……………… 41
3-5 حل معادلات جبري خطي     ……………………………………………………. 46
3-6 فضاي شبکه     ………………………………………………………………………. 47
3-7 روش حل و برنامه کامپيوتري     ……………………………………………….. 47
3-8 همگرايي     ………………………………………………………………………….. 48
3-9 محاسبه عدد نوسلت و دیگر پارامترها     …………………………………….. 50
فصل چهارم: بررسی نتایج     ……………………………………………………………………. 51
4-1 مقدمه     ………………………………………………………………………………. 52
4-2 اعتبار سنجی نتایج     ………………………………………………………………. 52
4-2-1 اعتبار سنجی نتایج انتقال حرارت به روش جابه­جایی و هدایت     ……. 52
4-2-2 اعتبار سنجی نتایج انتقال حرارت به روش تشعشع و هدایت     ………… 55
4-3 ارائه نتایج     …………………………………………………………………………. 56
4-3-1 تأثیر عدد تشعشع-هدایت     …………………………………………………….. 56
4-3-2 تأثیر ضریب البدو     ………………………………………………………………. 60
4-3-3 تأثیر ضخامت نوری     ……………………………………………………………. 62
فصل پنجم: جمع بندی، نتیجه­گیری و پیشنهادات     ………………………………. 64
5-1 جمع بندي     ………………………………………………………………………… 65
5-2 نتیجه­گیری     ……………………………………………………………………….. 66
5-3 پیشنهادات     ………………………………………………………………………… 66
فهرست مراجع     ……………………………………………………………………………………… 67

فهرست علائم

 

مساحت سطوح حجم کنترل عمود بر جهات x و y Ax,Ay
ثوابت موجود در توابع مدل انتقال حرارت
گرماي ويژه سيال
ثوابت موجود در معادلة
ثوابت موجود در مدل آشفتة میدان سرعت
نسبت انبساط ER
توابع موجود در مدل آشفتة میدان سرعت
توابع موجود در مدل آشفتة میدان دما
شدت تشعشع برخوردی G
ارتفاع کانال بعد از پله H
ارتفاع پله (طول مشخصه) h
شدت تشعشع I
شدت آشفتگی It
شدت تشعشع جسم سیاه
انرژی جنبشی آشفته k
عدد نوسلت جابه­ جایی
عدد نوسلت تشعشعی
عدد نوسلت کل
بردار واحد خروجی، عمود بر سطح
فشار p
عدد پکلت
عدد پرانتل مولکولی و آشفته Pr, Prt
شار حرارتی هدایتی
شار حرارتی تشعشعی
شار حرارتی کل
بردار مکان
عدد رينولدز Re
عدد تشعشع-هدایت RC
جمله چشمه S
بردار مسیر هندسی
عدد استانتون St
دمای متوسط و نوسان دما T,t
دمای سیال ورودی
دمای دیوار
دمای متوسط سیال
زمان
نماد عمومی برای مؤلفه­های سرعت متوسط ui
نوسان سرعت
سرعت یکنواخت ورودی
ضریب وزنی وابسته به هر مسیر
نماد عمومی برای جهات مختصاتی xi
مسافت بی­بعد از سطح دیوار
مسافت نرمال تا سطح دیوار

 

علائم يوناني

ضریب پخش حرارتی مولکولی و گردابی
ضریب استهلاک
99 درصد ضخامت لایة مرزی
دلتای کرانیکار
طول مقیاس کولموگروف
نرخ اتلاف برای میدان­های سرعت و دما
ضریب صدور سطح
ضريب هدايت حرارتي مولکولی و گردابی
تابع فاز
ضریب البدو
زاویة فضایی
ویسکوزیتة سینماتیکی مولکولی و گردابی
ضریب استفان-بولتزمن، 5.67 ×10-8 W/m2 K4
ضریب جذب و پخش
ثوابت موجود در مدل دیفیوژن آشفتة
ضخامت نوری
تنش برشی دیوار
اعداد بدون بعد
ویسکوزیتة مولکولی و گردابی
چگالي سيال ρ

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                          صفحه
شکل 2-1 شکل مسئله 7
شکل 2-2 رفتار تشعشع در سطح یک حجم کنترل 27
شکل 3-1 دامنه محاسباتي 37
شکل 3-2 شبکه حل جريان 38
شکل 3-3 حجم کنترل 44
شکل3-4 خطوط مربوط به روش حل انتگرالي 46
شکل 4-1 مقایسه پروفیل­های سرعت با داده­های آزمایشگاهی 53
شکل 4-2 مقایسه پروفیل­های دما با داده­های آزمایشگاهی 53
شکل 4-3 تغییرات عدد استانتون بر روی دیوار پایین 54
شکل 4-4 توزیع دما در صفحه میانی محفظه 55
شکل 4-5 (الف) توزیع خطوط جریان، (ب) میدان برداری سرعت 56
شکل 4-6 توزیع دمای متوسط در طول کانال () 57
شکل 4-7 توزیع عدد نوسلت تشعشعی بر روی دیوار پایین () 58
شکل 4-8 توزیع اعداد نوسلت جابه­جایی و کل بر روی دیوار پایین () 59
شکل 4-9 توزیع عدد نوسلت تشعشعی بر روی دیوار پایین () 60
شکل 4-10 توزیع اعداد نوسلت جابه­جایی و کل بر روی دیوار پایین () 61
شکل 4-11 توزیع عدد نوسلت جابه­جایی بر روی دیوار پایین () 62
شکل 4-12 توزیع عدد نوسلت کل بر روی دیوار پایین () 63

فهرست جداول

عنوان                                                                                                          صفحه
جدول 2-1 پارامترهای ثابت موجود در معادلات مدل  k-εاستاندارد 22
جدول 2-2 پارامترهای ثابت موجود در معادلات مدل  k-εتوسعه یافته 25
جدول 3-1 جهت ها وتوابع وزنی برای  های مختلف (8 و 6 و 4 و 2 = N ) 42

فصل اول

مقدمه

  

 

 

1-1 مقدمه

جریان سیال با جابه‌جایی اجباری در کانال‌هایی که دارای انبساط یا انقباض ناگهانی در سطح مقطع خود هستند، به طور گسترده در کاربردهای مهندسی مشاهده می‌شود. به عنوان مثال می‌توان، از وسایل تولید توان، پخش کننده­ها، مبدل‌های حرارتی و خنک‌کاری در وسایل الکترونیکی نام برد. درجریان اجباری داخل چنین هندسه‌هایی جدایی جریان و جریان بازگشتی به دلیل تغییرات ناگهانی در هندسه جریان رخ می‌دهد. در بسیاری موارد مانند جریان گاز بر روی پره‌های توربین و یا جریان گاز ناشی از محصولات احتراق، انتقال حرارت تشعشعی نقش مهمی را ایفا می‌کند. همچنین افزایش دما در سیستم‌های صنعتی امروزی، باعث شده است که مکانیزم انتقال حرارت تشعشعی بیش از پیش مورد توجه قرار گیرد. در نتیجه برای دستیابی به نتایج دقیق‌تر، می‌بایستی جریان گاز را مانند یک محیط شرکت کننده در انتقال حرارت تشعشعی درنظر گرفت و تمام پدیده‌های انتقال حرارت شامل جابه‌جایی، هدایت و تشعشع را به طور همزمان مورد بررسی قرار داد.

یکی از هندسه‌هایی که در آن جدایی جریان اتفاق می‌افتد، کانال­هایی با پله پسرونده است. اگرچه هندسه این کانال­ها در ظاهر ساده به نظر می‌رسد، اما جریان سیال و انتقال حرارت بر روی این پله‌ها پیچیدگی‌های زیادی را شامل می‌شود. به گونه‌ای که از چنین هندسه‌هایی به عنوان هندسه معیار برای معتبرسازی نتایج استفاده می‌شود [1].

1-2 بررسی مقالات و مطالعات انجام شده

حل تمامی مسائل مربوط به جریان آرام سیال چسبنده، به حل معادلات کلی مومنتوم و انرژی برمی­گردد. متأسفانه این معادلات به صورت غیر خطی می­باشند و هیچ روش تحلیلی معینی جهت حل این معادلات وجود نداشته و حل دقیق معادلات تنها پس از برخی ساده سازی ها قابل دسترس است. به عنوان مثال یک منبع دقیق در مورد جریان داخل کانال با هندسه های مختلف توسط Schlichting [2] ارائه شده است، اما فرضیات صورت گرفته جهت ساده سازی برای حل دقیق این معادلات چندان مناسب و منطقی نیستند. بنابراین، این معادلات تنها از طریق تخمین عددی قابل حل می­باشند.

حل تخمینی معادلات مومنتوم و انرژی از دیر زمان مورد مطالعه قرار گرفته است. یک مطالعه مناسب توسط Shah و London [3] ارائه شد که در آن حل عددی مسائل مربوط به جریان سیال در هندسه­های مختلف از قبیل لوله، صفحات موازی و کانال های مستطیلی مورد بررسی قرار گرفت. روش به کار رفته برای حل عددی معادلات مومنتوم و انرژی در این مطالعه، روش اختلاف محدود بود. اگرچه این مطالعه یک منبع مناسب به شمار می رفت اما همة راه حل­ها بر این فرض استوار بود که تمام خواص سیال ثابت در نظر گرفته شوند. تعدادی از خواص سیال وابستگی بالایی به دما دارند و فرض وابستگی این خواص به دما منجر به حل دقیق­تر معادلات مومنتوم و انرژی خواهد شد. به عنوان مثال لزجت وابسته به دما تأثیرات فراوانی بر توزیع سرعت و دما خواهد داشت. بنابراین، آنالیزی کامل است که تأثیرات دما بر خواص سیال را در حل معادلات لحاظ کند.

جریان و انتقال حرارت در هندسه‌هایی مانند کانال با پله پسرو توسط محققین زیادی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است، بطور مثال  Armalyو همکاران ]5و4[ جریانی دما ثابت را با در نظر گرفتن حالتهای آرام، گذرا و آشفته بصورت تجربی و عددی آنالیز نمودند.

از معروفترین اندازه­گیریهای انجام شده در جریانهای آشفته با جابه‌جایی اجباری در داخل کانال و در پایین دست پله­ای پسرو می­توان به بررسی­های Adams و همکاران ]6 [و همچنین  Vogelو Eaton ]7[ اشاره نمود، بطوریکه بسیاری از محققین، از جمله Abe و همکاران ]9و8[، Rhee و Sung ]10[ و Park و همکاران ]11[ پس از ارائه روشهایی نوین در حل عددی این جریان­ها، نتایج خود را با این مراجع اعتبارسنجی ­کردند.

در تمامی مطالعاتی که در بالا ذکر شد، از اثرات انتقال حرارت تشعشعی در آنالیز مسئله صرفنظر شده است. به طوریکه معادله انرژی تنها شامل ترم­های جابه‌جایی و هدایت می‌باشد. تحلیل همزمان تشعشع و جابه‌جایی اجباری داخل کانال­ها از پیچیدگی خاصی برخوردار است، بدلیل اینکه معادله انرژی برای جابه‌جایی اجباری به مسئلة تشعشع وابسته شده و بایستی به صورت همزمان حل گردند.

در هر حال، انتقال حرارت تشعشعی به همراه جریان سیال با جابه‌جایی اجباری یکی از مهمترین مسائل مورد بحث در کاربردهای مهندسی مانند خنک کاری پره­های توربین، مبدل‌های حرارتی و محفظه‌های احتراق است. زمانی که گاز جاری همانند یک محیط شرکت کننده در انتقال حرارت تشعشعی رفتار می‌کند، خواص تشعشعی آن که عبارتند از جذب، صدور و پخش، پیچیدگی‌های بسیار زیادی را در شبیه‌سازی این نوع جریان‌ها اعمال می‌کنند. Viskanta ]12[ این موضوع را به خوبی در مطالعات خود نشان داد.

در رابطه با بحث انتقال حرارت تشعشی داخل کانال­ها، تحقیقات اندکی موجود است که محدود به جریان داخل لوله و یا بین دو صفحه موازی می­شود. برای مثال، Campo و Schuler ]13[ ترکیب جابه‌جایی و تشعشع در ناحیة توسعه یافتگی حرارتی داخل لوله را با در نظر گرفتن   جریان­های آرام و آشفته مورد بررسی قرار دادند.

Azad و Modest ]14[ جریان آشفته با جابه‌جایی اجباری به همراه انتقال حرارت تشعشعی در داخل لوله‌ها را بررسی نمودند. در مطالعه آنها، گاز همانند یک محیط شرکت کننده در انتقال حرارت تشعشعی نقش داشت، به گونه‌ای که آنها اثرات جذب، صدور و پخش غیرهمگن گاز را در محاسبات مربوط مدنظر قرار دادند.

Yener و Fong ]15[ جابه‌جایی اجباری آرام در داخل لوله، با در نظر گرفتن تشعشع ولی بدون لحاظ کردن اثرات صدور سیال را مورد بررسی قرار دادند.

Bouali و Mezrhab ]16[ جریان اجباری به همراه انتقال حرارت تشعشعی در یک کانال عمودی با دیواره‌های هم‌دما را مورد مطالعه قرار دادند. آنها به این نتیجه رسیدند که تشعشع صادر شده از سطح تأثیر به­سزایی بر روی عدد نوسلت در رینولدزهای بالا دارد.

جریان آشفته با جابه‌جایی آزاد و اجباری و با درنظر گرفتن اثرات تشعشع در کانال­های عمودی به روش گردابه‌های بزرگ[4] توسط Barhaghi و Davidson ]17[ شبیه‌سازی شد. آنها در کار خود، دو حالت خاص را مورد بررسی قرار دادند که این دو حالت شامل دو مقدار مختلف برای نسبت عدد گراشف به عدد رینولدز و بر مبنای شار حرارتی دیواره‌ها و عرض کانال، می‌شد. علاوه بر این شرایط مرزی شامل شار حرارتی ثابت بر روی یک دیواره و عایق بودن سایر دیواره‌ها بوده است. همچنین از اثرات تشعشع در جهت عرضی[5] نیز صرفه‌نظر شده بود. آنها در مطالعه خود نشان دادند که تغییرات خواص، اثرات بسیار زیادی را بر روی توزیع دما می‌گذارد.

در سال 2011 انصاری و گنجعلیخان نسب ]18[ جریان توسعه یافتة آرام با جابه‌جایی اجباری در داخل یک کانال با پله شیب دار تحت شرایط دمش و مکش را با درنظر گرفتن اثرات تشعشع مطالعه کردند. در این مطالعه تأثیر پارامترهای مختلف بر روی عدد نوسلت مورد بررسی قرار گرفت.

1-3 هدف از مطالعه حاضر

گرچه تحقیقاتی در مورد رفتار حرارتی در داخل کانال­ها انجام گرفته است، اما اکثر مطالعات صورت گرفته، در مورد جریان جابه­جایی آرام بوده است، به طوریکه آنالیز کامل حرارتی  جریان­های آشفته در داخل کانال­ها و با وجود پله­های قائم بگونه­ای که تمام مکانیزم­های انتقال حرارت در نظر گرفته شوند، انجام نشده است. از آنجایی که جریان سیال بر روی پله‌های موجود در داخل کانال‌های مستطیلی در صنعت و مهندسی کاربردهای بسیار زیادی دارد و در بسیاری از موارد جریان از نوع آشفته است، مطالعه حاضر این نوع از جریان همراه با انتقال حرارت را بررسی می‌کند. به طوریکه در محاسبات مربوط به دما تمام مکانیزم‌های انتقال حرارت که شامل هدایت، جابه‌جایی و تشعشع هستند به طور همزمان در جریان سیال مدنظر قرار گرفته‌اند.

   فصل دوم

 

شرح مسئله و معادلات حاکم

 

2-1 مقدمه

هدف اصلی از این فصل تشریح کامل صورت مسئله به همراه فرضیات لازم است. سپس به نحوة استخراج معادلات حاکم به همراه شرایط مرزی لازم به منظور حل عددی پرداخته شده است، بدین ترتیب که با مروری بر خواص جریان آشفته در مقایسه با جریان آرام و با بررسی چند مدل، مدل انتخابی بکار رفته در این تحقیق ارائه می­شود. در نهایت با معرفی پارامترهای بی‌بعد، شکل بدون بعد معادلات به همراه شرایط مرزی بدست می‌آیند.

2-2 هندسه مسئله

همانطور که قبلاً نیز اشاره شد هندسه مسئلة معیار[6] به صورت یک کانال دوبعدی به همراه پله پسرونده می‌باشد که در شکل 2-1 به خوبی نمایش داده شده است. ارتفاع پله (h) و ارتفاع کانال در پایین دست جریان (H) به ترتیب 0.038 m و 0.19 m می‌باشند، به گونه‌ای که در این مسئله نسبت انبساط[7]، (ER=H/(H-h برابر 1.25 درنظر گرفته شده است. همچنین ارتفاع پله به عنوان طول مشخصه در محاسبات در نظر گرفته می­شود. طول کانال قبل از پله برابر با 0.076 m و بعد از پله برابر با 0.76 m درنظرگرفته شده است، که معادل  در حوزه محاسباتی است. همانطور که از شکل پیداست، مبدأ مختصات در گوشه پایینی پله قرار دارد و معمولاً بررسی رفتار حرارتی و سیالاتی جریان بعد از پله مورد نظر بوده است.

[1] AKN Low-Reynolds-Number Model

[2] Radiative Transfer Equation (RTE)

[3] Discrete Ordinate Method (DOM)

[4] Large Eddy

[5] Span-wise

[6] Benchmark Problem

[7] Expansion Ratio

فهرست مراجع

  • [1] F. Blackwell and D. W. Pepper (Eds.), Benchmark problems for heat transfer codes, HTD-vol. 222, American Society of Mechanical Engineers, New York, NY, (1992).
  • [2] Schlichting, Boundary Layer Theory, ed., McGraw-Hill, New York, (1979).
  • [3] Shah and A. London, Laminar Flow Force Convection in Duct, ed., Academic Press, New York, (1978).
  • [4] F. Armaly, F. Durst, J. C. F. Pereira and B. Schnung, Experimental and theoretical investigation of backward-facing step flow, Journal of Fluid Mechanics, 127 (1983) 473–96.
  • [5] F. Armaly, A. Li and J. H. Nie, Measurements in three-dimensional separated flow, Int. J. Heat Mass Transfer, 46 (19) (2003) 3573–3582.
  • [6] W. Adams, J. P. Johnston and J. K. Eaton, Experiments on the structure of turbulent reattaching flow, Technical Report MD-43, Thermo-sciences Division, Department of Mechanical Engineering, Stanford University (1984).
  • [7] C. Vogel and J. K. Eaton, Combined heat transfer and fluid dynamic measurements downstream of a backward-facing step, ASME J. Heat Transfer 107 (4) (1985) 922–929.
  • [8] Abe, T. Kondoh and Y. Nagano, A new turbulence model for predicting fluid flow and heat transfer in separating and reattaching flows—I. Flow field calculations, Int. J. Heat Mass Transfer, 37 (1) (1994) 139–151.
  • [9] Abe, T. Kondoh and Y. Nagano, A new turbulence model for predicting fluid flow and heat transfer in separating and reattaching flows—II. Thermal field calculations, Int. J. Heat Mass Transfer, 38 (8) (1994) 1467–1481.
  • H. Rhee and H. J. Sung, A nonlinear low-reynolds number heat transfer model for turbulent separated and reattaching flows, Int. J. Heat and Mass Transfer, 43 (2000) 1439–1448.
  • S. Park, H. J. Sung and K. Suzuki, Development of a nonlinear near-wall turbulence model for turbulent flow and heat transfer, Int. J. Heat and Fluid Flow, 24 (2003) 29–40.
  • Viskanta, Overview of convection and radiation in high temperature, International Journal of Engineering Science, 36 (1998) 1677-1699.
  • Campo and C. Schuler, Laminar/Turbulent forced convection and thermal radiation in an internal gas flow, Int. comm. Heat Mass Transfer, 16 (1989) 43-54.
  • H. Azad and M. F. Modest, Combined radiation and convection in absorbing emitting and anisotropically scattering gas-particulate flow, International Journal of Heat Transfer, 24 (1981) 1681-1698.
  • Yener and T. M. Fong, Radiation and forced convection interaction in thermally-developing laminar flow through a circular pipe, Proceedings of the Eighth International Heat Transfer Conference, 2, San Francisco, CA, (1986) 785-790.
  • Bouali and A. Mezrhab, Combined radiative and convective heat transfer in a divided channel, International Journal of Numerical Mathematics, 16 (2006) 84–106.
  • G. Barhaghi and L. Davidson, Large-eddy simulation of mixed convection-radiation heat transfer in a vertical channel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 52 (2009) 3918–3928.
  • B. Ansari and S. A. Gandjalikhan Nassab, Study of laminar forced convection of radiating gas over an inclined backward facing step under bleeding condition using the blocked-off method, ASME, J. Heat transfer, 133 (7) (2011) 072702.
  • Nagano and M. Tagawa, An improved k–ε model for boundary layer flows, J. Fluids Engng, 112 (1990) 33–39.
  • Nagano, M. Tagawa and T. Tsuji, An improved two-equation heat transfer model for wall turbulent shear flows, Proc. ASME/JSME Thermal Engineering joint conference (Edited by J. Lloyd and Y. Kurosaki), 3 (1991) 233–240.
  • Versteeg and W. Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics the Finite Volume Method, ed., Longman Scienific & Technical, England, (1995).
  • T. Chen, J. H. Nie, B. F. Armaly and H. T. Hsieh, Turbulent separated convection flow adjacent to backward-facing step—effects of step height, Int. J. Heat and Mass Transfer, 49 (2006) 3670–3680.
  • S. KO, Numerical simulation of three-dimensional combined convective heat transfer in rectangular channels, Ph.D. thesis, Texas A&M University (2007).
  • F. Modest, Radiative Heat Transfer, McGraw-Hill, New York (2003)
  • V. Patankar and D. B. Spalding, A calculation procedure for heat, mass and momentum transfer in three-dimensional parabolic flows, International Journal of Heat and Mass Transfer, 15 (10) (1972) 1787–1806.
  • K. Mahapatra, B. K. Dandapat and A. Sarkar, Analysis of combined conduction and radiation heat transfer in presence of participating medium by the development of hybrid method, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 102 (2006) 277–92.
  • R. Tsai and M. N. Ozisik, Radiation and laminar forced convection of non-newtonian fluid in a circular tube, International Journal of Heat and Fluid Flow, 10 (4) (1989) 361–365.

Abstract

In the present work, a numerical solution is described for turbulent forced convection flow of an absorbing, emitting, scattering and gray fluid over a two-dimensional backward facing step in a horizontal duct. The two-dimensional Reynolds-average Navier-Stokes equations, coupled with the energy equation, and the turbulence kinetic energy equations, as well as their dissipation rates are solved numerically by the computational fluid dynamics (CFD) techniques to obtain the velocity and temperature distributions in the channel. The AKN low-Reynolds-number model is employed to predict turbulent stresses and heat fluxes, while the radiation part of the problem is modeled by the discrete ordinate method (DOM). Discretized forms of the governing equations for fluid flow are obtained by finite volume approach and solved using SIMPLE algorithm. Along a benchmark problem, the numerical results are compared with some experimental data and good agreement is found. Results are presented for the distributions of bulk temperature and Nusselt numbers as a function of the controlling parameters like radiation-conduction parameter (RC), single scattering albedo and optical thickness.

Keywords: backward facing step, turbulent forced convection flow, radiation heat transfer, discrete ordinate method

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “مطالعه انتقال حرارت ترکیبی جابه جایی-تابشی در جریان آشفته داخل مجراهایی با انبساط ناگهانی”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

65 − = 58