تحليل عددي انتقال حرارت از يك استوانه داغ با قطرهاي مختلف به يك محفظه بسته مربعي سرد

Numerical analysis of heat transfer from a hot cylinder with different diameters to a cold square enclosure

در مقاله حاضر با اجراي يك شبيه سازي دو بعدي، انتقال حرارت از يك استوانه داغ به يك محفظه بسته مربعي سرد به طور پارامتري مطالعه و اثر تغيير قطر استوانه بر نرخ اين انتقال حرارت بررسي شده است. معادلات دوبعدي حاكم با استفاده از روش حجم محدود و حلگري با الگوريتم ماتريس سه قطري براي قطرهاي مختلف استوانه درون يك محفظه بسته مربعي با طول مشخصه ثابت در دو عدد رايلي 104 و 105 حل شده است. نتايج نشان دادند كه الگوهاي خطوط جريان، دما و مقادير عدد ناسلت به عدد رايلي و نيز نسبت قطر استوانه به طول مشخصه محفظه R?H)2( وابسته هستند. در اين حالت مراكز گردابه هاي ايجاد شده در اطراف استوانه در نيمه پايين محفظه در نسبت 4/0R?H=2 براي رايلي 104 و در نسبت 5/0R?H=2 براي رايلي 105 ظاهر شده اند. همچنين مشاهده شد با افزايش عدد رايلي و نسبت R?H2، نرخ انتقال حرارت از محفظه نيز افزايش مي يابد. به عنوان مثال، در نسبت 5/0R?H=2 با افزايش عدد رايلي از 104 به 105 ناسلت متوسط حدود 30 درصد ميزان اوليه و در رايلي 105 با تغيير نسبت R?H2 از 2/0 به 5/0 ناسلت متوسط حدود 35 درصد ميزان اوليه افزايش مي يابد.

In the present paper, by performing a two-dimensional simulation, the heat transfer from a hot cylinder to a cold square enclosure has been studied parametrically and the consequent effect of changing in cylinder diameterhas been investigated. The 2-Dgoverning equations have been solved using the finite volume method and TDMA for different diameters of cylinderinside a square enclosure with a constant characteristic length for two different Rayleigh numbers of 104 and 105. Results showed that the patterns of streamlines, isotherms and the Nusselt number values depend strongly on the Rayleigh number and also ratio of cylinder diameter to characteristic length of enclosure (2R/H).In this case, the centers of vortices created around the cylinder appearin bottom half of enclosure in 2R/H=0.4for Ra=104and in 2R/H= 0.5for Ra=105. Moreover, it is observed that increasing the Rayleigh number and 2R/H ratio, the heat transfer rate from the enclosure is also increased. For example, in 2R/H=0.5, by increasing the Rayleigh number from 104 to 105, the average Nusselt enhances about 30 percent of its initial value and in Ra=105, by changing the 2R/H ratio from 0.2 to 0.5, the average Nusseltclimbsalmost35 percentof its initial value.