بررسی انتقال حرارت جابجایی رایلی - بنارد در محفظه L شکل برای سیالات غیرنیوتونی

نوع: Type: پایان نامه

مقطع: Segment: کارشناسی ارشد

عنوان: Title: بررسی انتقال حرارت جابجایی رایلی - بنارد در محفظه L شکل برای سیالات غیرنیوتونی

ارائه دهنده: Provider: امیررضا مهرپسند - مهندسی مکانیک

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر محمد سعید عقیقی

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر محسن گودرزی - دکتر حبیب الله سایه‌وند

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 10 - 1405/6/24

مکان ارائه: Place of presentation: کلاس شماره 50 گروه مکانیک

چکیده: Abstract: در این پژوهش، انتقال حرارت جابجایی طبیعی رایلی–بنارد سیال غیرنیوتنی کسون درون یک محفظه دوبعدی L‌ شکل به‌صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی، مطالعه اثر هم‌زمان ویژگی ویسکوپلاستیک سیال، شدت نیروی شناوری و هندسه محفظه بر ساختار جریان و انتقال حرارت است. در مدل فیزیکی، دیواره افقی پایینی محفظه در دمای ثابت گرم و دیواره‌های افقی بالایی در دمای ثابت سرد در نظر گرفته شده‌اند و سایر دیواره‌ها عایق حرارتی هستند. جریان، آرام، پایا، تراکم‌ناپذیر و دوبعدی فرض شده و تغییرات چگالی در جمله نیروی شناوری با تقریب بوسینسک لحاظ شده است. رفتار رئولوژیکی سیال با استفاده از مدل کسون بیان شده و به‌منظور رفع ناپیوستگی ناشی از تنش تسلیم، از روش منظم‌سازی پاپاناستاسیو استفاده شده است. معادلات حاکم پس از بی‌بعدسازی، با استفاده از روش المان محدود گالرکین و در محیط نرم‎افزار متلب حل شده‌اند. نتایج حل عددی برای عدد رایلی 10 به توان ۴ تا ۱۰ به توان ۶، عدد بینگهام 0 تا بینگهام بیشینه و در عدد پرانتل ثابت Pr=100 بررسی شده‌اند. برای بررسی اثر هندسه، پنج پیکربندی مختلف محفظه از طریق تغییر نسبت‌های بدون‌بعد a/Hو b/Lدر نظر گرفته شده و تأثیر این پارامترها بر میدان جریان، نواحی تسلیم‌نشده و انتقال حرارت بررسی شده است. به‌منظور تحلیل رفتار جریان در شرایط مختلف، کانتورهای خطوط جریان همراه با نواحی تسلیم‌نشده، خطوط همدما، بیشینه سرعت و مقادیر عدد ناسلت میانگین در گام‌های مختلف عدد بینگهام استخراج، بررسی و ترسیم شده‌اند؛ این کمیت‌ها همچنین برای ارزیابی روند تضعیف جریان و تعیین مقدار بینگهام بیشینه مورد استفاده قرار گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهد که افزایش عدد رایلی، به دلیل تقویت نیروی شناوری، موجب افزایش شدت گردش سیال و تقویت انتقال حرارت جابجایی درون محفظه می‌شود. در مقابل، با افزایش عدد بینگهام و در نتیجه افزایش اثر تنش تسلیم، مقاومت سیال در برابر حرکت افزایش یافته، شدت جریان کاهش می‌یابد و نواحی تسلیم‌نشده به‌تدریج در بخش‌های مختلف محفظه تشکیل شده و گسترش می‌یابند. ادامه این روند موجب تضعیف گردابه‌های همرفتی و کاهش عدد ناسلت میانگین شده و در مقادیر نزدیک بینگهام بیشینه، جریان به حالت نزدیک به سکون رسیده و انتقال حرارت به سمت حالت غالب رسانشی میل می‌کند. نتایج همچنین نشان می‌دهد که هندسه محفظه بر نحوه تشکیل و گسترش نواحی تسلیم‌نشده، ساختار گردابه‌ها و میزان انتقال حرارت اثرگذار است و تغییر نسبت‌های a/H و b/L، پاسخ جریان در برابر افزایش تنش تسلیم را تغییر می‌دهد. همچنین با افزایش عدد رایلی، به دلیل تقویت جریان ناشی از شناوری، برای تضعیف جریان و نزدیک شدن سیستم به حالت سکون به مقادیر بزرگ‌تری از عدد بینگهام نیاز است.