مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

انتقال حرارت جابجایی آزاد سیال فوق بحرانی در کانال عمودی دما ثابت

نویسندگان
1 دانشیار-دانشگاه فردوسی مشهد
2 دانشجو کارشناسی ارشد دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
اهمیت پژوهش پیرامون خصوصیات سیالات فوق بحرانی با درنظر گرفتن افزایش کاربرد آن‌ها در صنایع مختلف غذایی، شیمیایی، پلیمر، نفت و گاز بیش از پیش آشکار می‌گردد. یکی از مهم‌ترین خصوصیات این‌گونه سیالات ، ضریب انبساط حرارتی (β) می‌باشد. در اکثر فرایندهایی که این مولفه در آن‌ها کاربرد دارد، از فرض گاز ایده‌ال استفاده شده است. ضعف این مدل آن است که در محدوده نقطه بحرانی، قادر به پیش‌بینی صحیح ضریب انبساط حرارتی نمی‌باشد. به همین دلیل در پژوهش حاضر به منظور تعیین ضریب انبساط حرارتی، از معادله حالت ردلیش‌کوانگ استفاده گردیده و رابطه‌ا‌ی جدید که تابع دما، فشار و ضریب تراکم‌پذیری می‌باشد، استخراج شده است. مقایسه رفتار منحنی‌های حاصل از این رابطه با مقادیر تجربی مطابقت خوبی را نشان می‌‌دهد. علاوه بر این انتقال حرارت جابجایی طبیعی سیال فوق بحرانی در کانال عمودی با دیواره‌های دما ثابت به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حاکم به روش حجم محدود و بر پایه الگوریتم سیمپل حل گردیده و پس از اعتبارسنجی با مطالعات پیشین، به مقایسه مشخصه‌های جریان و انتقال حرارت به ازای ضریب انبساط حرارتی مبتنی بر فرض گاز ایده‌آل و ضریب انبساط حرارتی حاصل از این تحقیق برای سیال فوق بحرانی پرداخته شده است. در انتها روند تغییرات ضریب انتقال حرارت با فاصله گرفتن سیال از نقطه بحرانی مورد مطالعه قرار گرفته است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

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

نویسندگان English

Alireza Teymourtash 1
Shahab Noorifard 2
چکیده English

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 specification, is the coefficient of thermal expansion (β) 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 walls conditions were considered numerically. The governing equations were solved using the finite-volume method (FVM) and based on the SIMPLE Algorithm. After validation with the 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.

کلیدواژه‌ها English

Natural Convection
supercritical fluid
Vertical channel
Thermal expansion coefficient
Redlich-Kwong equation of state