بررسي عددي جريان همرفت طبيعي درون محفظه هاي بسته موجدار

Numerical Study of Natural Convection within Enclosures of Sinusoidal Corrugated Side Walls

همرفت طبيعي درون محفظه بسته مربعي با گرمايش متفاوت به صورت عددي بررسي شده است. دو ضلع مجاور محفظه­ سينوسي هستند. ديواره­ سمت چپ و راست به ترتيب گرم و سرد و ديواره ­هاي بالايي و پاييني مسطح و عايق مي­باشند. سيال درون محفظه هوا در نظر گرفته شده است و در حالت اوليه به صورت ساكن مي­باشد. معادلات پيوستگي، مومنتوم و انرژي به همراه شرايط مرزي با روش حجم كنترل حل شده است. براي گسسته ­سازي عبارت­ هاي جابجايي فشار طرح فراباد مرتبه دوم، انرژي و مومنتوم طرح QUICK و براي پيوند سرعت و فشار الگوريتم SIMPLE به كار رفته است. حل عددي مسأله حاضر در حالت پايا و براي تغييرات عدد رايلي از 105 تا 106× 5 و دامنه موج برابر 0/1، 0/3 و 0/5و فركانس موج برابر 1، 3 و 5 صورت مي­گيرد. با تغيير هر يك ازاين پارامتر­ها، پارامترهاي ديگر ثابت نگه داشته مي­شوند. خواص فيزيكي ثابت براي سيال درون محفظه در نظر گرفته شده است. اعتبارسنجي نتايج انجام شده و توافق خوبي بين جواب­هاي به ­دست آمده و داده ­هاي موجود در منابع موجود وجود دارد. نتايج به صورت چگونگي تغييرات عدد ناسلت متوسط در ديواره گرم، خطوط جريان و خطوط هم­ دما در محفظه مربعي با ديواره ­هاي صاف و موجدار با موج سينوسي گزارش شده است. نتايج نشان مي­دهد بهترين حالت نسبت Nu/Nu0 تقريباً برابر 2/5 مي­باشد، يعني در حالت محفظه موجدار ميزان انتقال حرارت 5/2 برابر حالت مربع ساده خواهد بود كه در شرايط CF=5 CA =0/5 و عدد رايلي برابر با "10 به توان 5" مي­باشد.

Numerical investigation of natural convection within square enclosures with differential heating has been performed. Two adjacent sides of enclosure are sinusoidal. The left and right side walls are assumed hot and cold, respectively, and top and bottom walls are flat and insulated. The fluid inside the enclosure considered is air is quiescent, initially. Continuity, momentum and energy equations with boundary conditions have been solved using finite volume method. To discretize convective terms of pressure the second order upwind scheme and for momentum and energy equations QUICK scheme are used. Pressure and velocity are coupled using SIMPLE algorithm. Numerical solution to the present study has performed in steady state and the Rayleigh number, Ra equal to 105, 106 and 5 × 106, corrugation amplitude (CA) of 0.1, 0.3 and 0.5 and for corrugation frequency (CF) 1, 3 and 5. By changing each parameter, others are kept constant. Constant physical properties for the fluid medium have been assumed. Validation of the numerical model has performed by the other available works in the literature and the agreement is found to be excellent. Results have been presented in terms of isotherms, streamlines and variation of average Nusselt number in a square enclosure with flat walls and corrugated side walls.The results show the optimum case of Nu/Nuoratio is approximately 2.5, in other words, the heat transfer rate in corrugated enclosure case is 2.5 times of the simple square enclosure which occurs in CA = 0.5, CF = 5 and Ra = 105.