مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه سازی عددی جابجایی آزاد حول یک استوانه ساکن با شار حرارتی ثابت و موقعیتهای مختلف قطری به روش مرز غوطه‌ور-لتیس بولتزمن

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری/ دانشگاه بیرجند
2 عضو هیات علمی دانشگاه بیرجند- دانشکده مهندسی - گروه مکانیک
چکیده
در این مقاله، یک روش مرز غوطه‌ور-لتیس بولتزمن جدید برای شبیه سازی مسائل حرارتی همراه با شرط مرزی شار حرارتی ثابت توسعه داده شده است. در این روش شرط مرزی عدم لغزش با استفاده از روش اصلاح سرعت ضمنی و شرط مرزی شار حرارتی ثابت با توجه به اختلاف بین شار حرارتی مطلوب و شار محاسبه شده در روند حل اعمال می‌شود. اصلاح سرعت به عنوان یک جمله نیرویی به معادله بولتزمن افزوده می‌گردد و برای اصلاح دما، یک جمله چشمه/چاه گرمایی در معادله انرژی منظور می‌شود. حذف فرآیند پیچیده‌ی تولید شبکه، سادگی و کارآیی در عین حفظ دقت، از مزیتهای بارز روش پیشنهادی می‌باشد. با استفاده از این روش، جریان جابجایی آزاد حول یک استوانه دایروی داغ با شار حرارتی ثابت، درون محفظه‌ای با دیواره‌های سرد در اعداد رایلی 103 تا 106 مورد مطالعه قرار گرفته است. بعلاوه، اثرات تغییر موقعیت قطری استوانه بر الگوهای جریان و انتقال حرارت و همچنین توزیع عدد ناسلت محلی روی سطح استوانه و دیواره‌های محفظه بررسی شده است. نتایج حاصل، نشان می‌دهد که مکان وقوع عدد ناسلت بیشینه به شدت به موقعیت قطری استوانه وابسته است. با توجه به نتایج این شبیه‌سازیها، می‌توان اظهار داشت که روش حاضر قادرست شرط مرزی شار حرارتی ثابت را به درستی اعمال کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Numerical simulation of free convection around a stationary cylinder with constant heat flux and different diagonal locations using IB-LBM

نویسندگان English

Javad Rahman Nezhad 1
Seyed Ali Mirbozorgi 2
1 Department of Mechanical Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده English

In this paper, a new immersed boundary-lattice Boltzmann method (IB-LBM) is developed to simulate heat transfer problems with constant heat flux boundary condition. In this method, the no-slip boundary condition is enforced via implicit velocity correction method and the constant heat flux boundary condition is implied considering the difference between the desired heat flux and the estimated one. The velocity correction represented as a forcing term is added to Boltzmann equation and for temperature correction, a heat source/sink term is introduced to energy equation. Elimination of sophisticated grid generation process, simplicity and effectiveness while keeping the accuracy, are the main advantages of the proposed method. Using the developed method, natural convection around a hot circular cylinder with constant heat flux in an enclosure with cold walls has been simulated at Rayleigh numbers of 103–106. Moreover, effects of diagonal position of cylinder on the flow and heat transfer patterns and local Nusselt number distribution on the surface of cylinder and walls of enclosure have been investigated. The obtained results show that the location of maximum local Nusset number is extremely depended on the diagonal position of the cylinder. According to the results of this simulation, it can be said that the present method is able to imply accurately the constant heat flux boundary condition.

کلیدواژه‌ها English

Lattice Boltzmann
Immersed Boundary Method
Natural Convection
Constant Heat Flux
Enclosure