مدل‌سازي عددي انتقال حرارت مركب رسانش و تابشي گذرا در عايق هاي حرارتي الياف معدني

Numerical Modeling of Combined Transient Radiation and Conduction Heat Transfer in Mineral Wool Insulations

در اين مقاله رفتار عايق هاي حرارتي الياف معدني شامل پشم شيشه و پشم سنگ در انتقال حرارت‌ گذراي مركب رسانش و تابشي با استفاده از مد‌ل‌سازي عددي و پارامترهاي نيمه تجربي كه در اين پژوهش با نتايج آزمايش‌‌ها تعيين شدند، بررسي مي‌شود. پارامترهاي ترموفيزيكي و فيزيكي مورد نياز در مدل رياضي مانند ظرفيت حرارتي، ضريب هدايت حرارتي موثر، قطر الياف و چگالي واقعي و ظاهري اين عايق‌ها با انجام آزمايش‌ها تعيين شده و در مدل عددي مورد استفاده قرار گرفته‌اند. انتقال حرارت تابشي با شبيه‌سازي مستقيم بر پايه روش مونت كارلو انجام شده است. ضريب هدايت حرارتي ناشي از هدايت هوا-جامد نيز با استفاده از رابطه نيمه ‌تجربي به دست آمده با آزمايش‌هاي انجام شده و روش‌هاي معكوس تخمين پارامتر تعيين شده‌اند. انتقال حرارت تابشي (به صورت يك منبع حرارتي با معادله انتقال حرارت) با هدايت هوا-جامد جفت شد. نتايج بدست آمده از اين مدل همخواني خوبي با نتايج آزمايشگاهي دارند.

This article deals with numerical modeling of coupled heat conduction and radiation in glass wool and rock wool insulations in transient condition using semi-empirical parameters obtained from experimental results. In this research needed thermophysical and physical parameters for numerical model, such as: heat capacity, effective thermal conductivity, fiber’s diameter, and apparent and solid density of these mineral wools are determined by experiments. Radiation heat transfer is modeled by direct simulation and applying Monte Carlo ray trace method; and the thermal conductivity due to air/solid conduction is determined by semi-empirical relation obtained by inverse parameter estimation method as well as experimental results. Radiation is coupled with conduction via heat source term in heat conduction equation. Code results are in a good agreement with experimental results.