بررسی انحراف محیط و صدورسطح تابشی بر انتقال حرارت جابجایی ترکیبی یک محفظه با سطح عایق متحرک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

چکیده

در بسیاری از مواقع اثر تابش داخل محفظه‌های شامل جابجایی، در نظر گرفته نمی‌شود اما به دلیل کاربرد تابش در بسیاری از صنایع مانند طراحی راکتورهای هسته‌ای، کوره‌ها، خنک کننده‌های الکتریکی و کلکتورهای خورشیدی این موضوع نیاز به بررسی دارد. در این مقاله، انتقال حرارت جابجایی ترکیبی-تابش با یک سطح متحرک از محفظه مربعی با جریان آرام و محیط خاکستری جذب کننده، صادرکننده و منحرف شونده با انحراف ایزوتروپیک به روش حجم محدود حل شده است. اثر انحراف و اثر ضریب صدور دیوار سرد بر روی انتقال حرارت، خطوط جریان و خطوط دما مورد بررسی قرارگرفته است. تمام دیواره‌ها به جز دیواره سمت راست، سیاه در نظر گرفته شده است. مسئله تابش به روش طول‌های مجزا حل شده و ضریب جذب برابر 0/1 ثابت فرض شده است. در مسئله جابجایی به دلیل همبستگی میدان سرعت و فشار از روش سیمپلر و برای جداسازی متغیرها از روش توان پیرو استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که اگرچه انحراف بر روی خطوط جریان و دمای محیط تاثیر چشمگیری ندارد، اما باعث کاهش شار حرارتی دیواره در نتیجه کاهش شار تابشی شده است. تفاوت عمده در تاثیر انعکاس سطوح و انحراف محیط، بر روی توزیع دما در مرکز محفظه و بدور از سطوح است که با وجود تغییر انعکاس بسیار مشهود است. همچنین تاثیر بیشتر انحراف محیط بر روی عدد ناسلت تابش و جابجایی محلی سطح عایق پایین نشان داده شده است، که حاکی از سرمایش سطح عایق با افزایش انحراف محیط در یک ضریب جذب ثابت آن است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Radiation Scattering and Surface Emission on Combined Convection Heat Transfer in an Enclosure with Moving Insulation Surface

نویسندگان [English]

  • N. Mehrjoy
  • S. payan
Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده [English]

In most cases, the effect of radiation is not taken into account in enclosures in which convection is taking place. However, this needs to be addressed given the many applications of radiation, including nuclear reactor design, furnaces, electrical coolers, and solar collectors. The combined convection-radiation heat transfer on the moving surface of a square enclosure with laminar flow and gray surfaces, absorber, emitter, and radiation isotropic scattering was solved by the finite volume method. The effects of scattering and emissivity of the cold wall on heat transfer, streamlines, and isothermal lines were investigated. All walls were assumed to be black surfaces except for the one on right. The radiation problem was solved by the discrete ordinates method and the absorption coefficient was assumed to be fixed at 0.1. The SIMPLER method was employed in the convection problem given the correlation of velocity and pressure fields, while the power law method was used to investigate the significance of convection and diffusion terms. The results showed although scattering does not significantly affect streamlines and ambient temperature, it reduces the heat flux through the wall thus lowering the radiation flux. The major difference in surface reflection and scattering is in the temperature distribution at the center of the enclosure away from the surface which is evident despite the change in reflection. Moreover, the greater influence of scattering on local radiation and convection Nusselt number on the lower insulation surface was shown, suggesting the cooling of the insulation surface with changing of scattering at a fixed absorption coefficient.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Combined convection
  • participating media
  • Discrete-Ordinates Method
  • Square enclosure
[1] W. Fiveland, Discrete-ordinates solutions of the radiative transport equation for rectangular enclosures, Journal of heat transfer, 106(4) (1984) 699-706.
[2] W. Fiveland, Three-dimensional radiative heat-transfer solutions by the discrete-ordinates method, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 2(4) (1988) 309-316.
[3] A. Yücel, S. Acharya, M. Williams, Natural convection and radiation in a square enclosure, Numerical Heat Transfer, 15(2) (1989) 261-278
[4] K.A. Ismail, C.S. Salinas, Application of multidimensional scheme and the discrete ordinate method to radiative heat transfer in a two-dimensional enclosure with diffusely emitting and reflecting boundary walls, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 88(4) (2004) 407-42.
[5] C. Sun, B. Yu, H.F. Oztop, Y. Wang, J. Wei, Control of mixed convection in lid-driven enclosures using conductive triangular fins, International Journal of Heat and Mass Transfer, 54(4) (2011) 894-909.
[6] S. Mahapatra, P. Nanda, A. Sarkar, Interaction of mixed convection in two-sided lid driven differentially heated square enclosure with radiation in presence of participating medium, Heat and Mass Transfer, 42(8) (2006) 739-757.
[7] Sivakumar, S. Sivasankaran, P. Prakash, J. Lee, Effect of heating location and size on mixed convection in lid-driven cavities, Computers & Mathematics with Applications, 59(9) (2010) 3053-3065.
[8] A. Mezrhab, D. Lemonnier, S. Meftah, A. Benbrik, Numerical study of double-diffusion convection coupled to radiation in a square cavity filled with a participating grey gas, Journal of Physics D: Applied Physics, 41(19) (2008) 195501-195517.
[9] M.A. Belmiloud, N.E.S. Chemloul, Numerical Study of Mixed Convection Coupled to Radiation in a Square Cavity with a Lid-Driven, International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, 9(10) (2015) 1815-1821.
[10] M. Roy, S. Roy, T. Basak, Role of various moving walls on energy transfer rates via heat flow visualization during mixed convection in square cavities, Energy, 82 (2015) 1-22.
[11] G. Yang, Y. Huang, J. Wu, L. Zhang, G. Chen, R. Lv, A. Cai, Experimental study and numerical models assessment of turbulent mixed convection heat transfer in a vertical open cavity, Building and Environment, 115 (2017) 91-103.
[12] M.F. Modest, Radiative transfer, McGraw-Hill, USA: Elsevier, 1993.