انتقال حرارت جابجايي طبيعي درون يك محفظه بسته مربعي حاوي يك پره انعطاف پذير

Natural Convection Heat Transfer Inside a Square Enclosure with a Flexible Fin

در اين پژوهش اثر حضور يك پره انعطاف پذير بر روي انتقال حرارت جابه جايي طبيعي درون يك محفظه بسته مربعي بررسي شد. يك پره انعطاف پذير نازك با زاويه انحراف 30 درجه نسبت به محور افقي، بر روي ديواره عمودي گرم سمت چپ، درون محفظه بسته قرار گرفته است. معادلات حاكم بر جريان آرام، انتقال حرارت سيال و تغيير شكل پره انعطاف پذير با لحاظ نمودن برهم كنش ميان جريان سيال- سازه و با بهره گيري از روش شبكه متحرك لاگرانژي- اويلري ارائه شدند و سپس به شكل بي بُعد انتقال يافتند. معادلات با استفاده از روش المان محدود حل شدند و سپس صحت نتايج در مقايسه با پژوهش هاي معتبر پيشين ارزيابي شد. نتايج، يك بار به همراه پره انعطاف پذير و بار ديگر با پره صلب در بازه زماني بي بُعد صفر تا 07 / 0، در محدود اعداد رايلي 6+ 10 تا 7+ 2×10 و زواياي انحراف -10o تا +40o ، درون محفظه بسته ترسيم گرديد. نتايج نشان مي دهند كه استفاده از پره انعطاف پذير نسبت به پره صلب باعث كاهش ميزان انتقال حرارت مي گردد. از سوي ديگر، استفاده از پره عايق به جاي پره رسانا، سبب بروز الگوهاي متفاوتي براي عدد ناسلت متوسط در طول بازه زماني شده و تضعيف انتقال حرارت را در پي دارد.

The present study aims to address the effect of the presence of a flexible fin on the natural convection heat transfer inside a square cavity. A flexible fin is placed on the left vertical wall by initial tilted angle 30o from the horizontal direction. An Arbitrary Lagrangian-Eulerian method for fluid-structure (fluid-flexible fin) interaction is utilized. Based on this method, the governing system of equations for laminar fluid and heat transfer is formulated into a non- dimensional form and then solved using the finite element method and then results accuracy evaluated against previous valid studies. The results are plotted for an enclosure containing a flexible fin as well as a solid fin in the non-dimensional time interval of 0 to 0.07 and in the Rayleigh number range of 106 to 2×107 and the fin tilted angle of -10° to +40°. The results show that the presence of a flexible fin deteriorates the heat transfer compared to a solid fin. In other words, using an insulated fin instead of a conductive fin makes different patterns for average Nusselt number curve in a range time and causes a reduction of the rate of heat transfer. Also, the presence of a flexible fin mounted on the hot wall especially affects the average Nusselt number in the areas above the fin location and induces oscillating heat transfer patterns.