طراحي معكوس انتقال حرارت جابجايي مخلوط گازهاي تابشي در داخل كانال

Combined radiative-convective inverse design problem in a 2-D channel filled with radiating gases

كار حاضر به تحليل انتقال‌حرارت معكوس تركيبي تابش-جابجايي، داخل يك كانال مستطيلي شكل مي‌پردازد. محيط مورد مطالعه گاز تابشي با مخلوطي از هوا، دي اكسيد كربن و بخار آب فرض شده است. هدف بررسي اثرات تشعشعي كسرهاي مولي گازهايCO2 و H2O بر حل مسئله معكوس مي باشد به گونه اي كه در آن از روش گراديان مزدوج براي پيدا كردن توزيع دما روي سطح گرمكن به منظور برقرار نمودن شار حرارتي و توزيع دماي مشخص روي سطح طراحي استفاده شده است. گاز تشعشعي خاكستري با جذب، صدور و پخش همگن مي‌باشد. از ضريب جذب متوسط پلانك در محاسبات تشعشعي استفاده شده است. براي حل عددي معادله انتقال تابش از روش جهات مجزا بهره گرفته شده و تلاش بر اين بوده كه تاثير كسر مولي گازهاي تابشي و همچنين ساير پارامترهاي مختلف از قبيل پارامتر تشعشع-هدايت بر مقدار انتقال حرارت از سطح گرمكن مورد مطالعه قرار گيرد.

In this paper, an inverse analysis of combined radiation and convection heat transfer in a 2-D rectangular duct is presented. The working fluid is a mixture of air including CO2 and H2O as two radiating gases. The purpose is to verify the effects of gas mole fractions on the solution of inverse design problem in which the conjugate gradient method is used to find the temperature distribution over the heater surface to satisfy the prescribed temperature and heat flux distributions over the design surface. The radiating gas is considered to be a gray participating medium with absorption, emission and isotropic scattering. The Planck mean absorption coefficient is calculated and used in radiative calculations. To obtain the temperature field, the energy equation for participating medium is solved by the finite difference method and the discrete ordinates method is used to solve the radiative transfer equation. An attempt is made to determine the temperature distributions over the heater surface while the enclosure is filled with different mole fractions of CO2 and H2O. The effects of other parameters such as radiation conduction parameter on the solution of inverse problem is examined. It is revealed that increase in mole fraction of gases mixture needs a heater surface with higher power input.