مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

انتقال حرارت جابه جایی آزاد در یک حفره مربعی با وجود مانع گرم به روش شبکه بولتزمن

نویسندگان
1 استادیار دانشگاه صنعتی شاهرود
2 دانشگاه صنعتی شاهرود
چکیده
در این مقاله، انتقال حرارت جابه جایی آزاد در یک محفظه مربعی بسته، باوجود یک مانع گرم مورد بررسی قرارگرفته است. برای حل معادله انرژی، از مدل حرارتی شبکه بولتزمن استفاده شده است. معادلات مومنتوم نیز با استفاده از اعمال نیروی حجمی در معادله بولتزمن استخراج شده اند. انتخاب نیروی حجمی در معادله بولتزمن به گونه ای است که معادلات ماکروسکوپیک حاکم بر انتقال حرارت جابه جایی طبیعی، با استفاده از بسط چاپمن- انسکاگ به دست می آیند. جریان سیال، دوبعدی و سیال مورد بررسی، هوا در نظر گرفته شده است. بررسی جریان سیال و انتقال حرارت برای نسبت های مختلف طول مانع به ابعاد حفره و همچنین با قرار دادن مانع در موقعیت های مختلف، برای اعداد گراشهف از 103 تا 105 انجام شده است. با افزایش عدد گراشهف، انتقال حرارت برای هر دو موقعیت افقی و عمودی مانع افزایش می یابد. با کاهش نسبت ابعاد مانع به حفره، انتقال حرارت کاهش یافته و برای موقعیت های عمودی مانع، انتقال حرارت نسبت به موقعیت های افقی مقدار بیشتری دارد. نتایج به دست آمده از روش شبکه بولتزمن، با نتایج و داده های موجود، مقایسه و اعتبارسنجی شده است. استفاده از شبکه بولتزمن به عنوان یک روش مسوسکوپیک، برای بررسی انتقال حرارت جابه جایی آزاد در حضور مانع گرم، برای اولین بار در این مقاله مطرح شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Natural Convection in a Square Cavity with a Heated Obstacle Using Lattice Boltzmann Method

نویسنده English

Mohsen Nazari 1
1 Assistant Prof. of Mechanical Eng. Shahrood Univ. of Technology
چکیده English

- Natural convection heat transfer in a square cavity induced by heated plate is investigated using the lattice Boltzmann method. A suitable forcing term is represented in the Boltzmann equation. With the representation, the Navier-Stokes equation can be derived from the lattice Boltzmann equation through the Chapman-Enskog expansion. Top and bottom of the cavity are adiabatic; the two vertical walls of the cavity have constant temperatures lower than the plate’s temperature. The flow is assumed to be two-dimensional. Air is chosen as a working fluid (Pr=0.71). The study is performed for different values of Grashof number ranging from 103 to 105 for different aspect ratios and position of heated plate. The effect of the position and aspect ratio of heated plate on heat transfer are discussed. With increase of the Grashof number, heat transfer rate is increased in both vertical and horizontal position of the plate. The obtained results of the lattice Boltzmann method are validated with those presented in the literature.

کلیدواژه‌ها English

Natural Convection Heat Transfer
Lattice Boltzmann Method
Obstacle
Cavity