شبيه‌سازي دو بعدي فرآيند جوشش فيلمي روي هندسه‌هاي پيچيده به روش رديابي جبهه

Two Dimensional Simulation of Film Boiling Heat Transfer in Complex Geometries Using Front Tracking Method

جوشش فيلمي كاربردهاي فراواني در صنايع مختلف از جمله در مبدل‌هاي حرارتي دارد. شبيه سازي اين پديده جهت مطالعه انتقال حرارت مخصوصا روي هندسه‌هاي پيچيده براي پيش بيني رشد و حركت حباب‌هاي بخار حاصل از آن اهميت بسياري در صنايع دارد. براي ردگيري مرز مشترك فازهاي مايع و بخار از روش رديابي جبهه استفاده شده است. در اين روش با در نظر گرفتن تعدادي نقاط و المان‌هاي متصل به هم، مرز مشترك دو فاز مايع و بخار ساخته مي‌شود. توسط اين روش، جوشش فيلمي روي دو يا چندين استوانه شبيه سازي شده است. همچنين تاثيرات فاصله، زاويه و قطر براي دو استوانه مطالعه شده است. براي تعداد زيادي استوانه، تاثيرات آرايش‌هاي هندسي ساده و جابه‌جا شده و تعداد رديف‌ها بررسي شده است و عدد ناسلت روي هر يك از استوانه‌ها به دست آمده است. فاصله بين دو استوانه تأثير چنداني روي عدد ناسلت براي استوانه بالايي ندارد. در حالي كه زاويه و قطر براي دو استوانه تأثير قابل ملاحظه‌اي روي عدد ناسلت براي استوانه بالايي دارد. در آرايش ساده براي چند استوانه، عدد ناسلت براي استوانه‌هاي بالايي تقريبا يكنواخت است و بيشتر از استوانه‌هاي پاييني است. در آرايش جابه‌جا شده، عدد ناسلت در استوانه‌هاي بالايي متفاوت بوده و يكنواخت نيست و مقدار آن نسبت به آرايش ساده بيشتر است.

Film boiling has various industrial applications, especially in heat exchangers. Studying this phenomenon on complex geometries and investigating heat transfer coefficient is desired by many industries. The numerical method used here is a finite difference/ front tracking method which is developed independently for film boiling in complex geometries. The film boiling over two or more cylinders is simulated using this method. The effects of spacing, angle, and diameter are investigated for two cylinders. For the case with many cylinders, the effects of different geometrical configurations (regular and staggered) and the number of rows are investigated by calculating the average Nusselt number on each cylinder. It is observed that the cylinder spacing does not have any significant effect on the Nusselt number for the upper cylinder. However, the angle and cylinder diameter significantly affect the Nusselt number for the upper cylinder. In the regular configuration, the Nusselt numbers for the upper cylinders are relatively uniform and higher than lower cylinders. In the staggered configuration, however, the Nusselt numbers of the upper cylinders are different, non-uniform, and higher than those of the simple geometry.