مدل‌سازی عددی انتقال حرارت مرکب رسانش و تابشی گذرا در عایق های حرارتی الیاف معدنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول و عضو هیات علمی مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن:

2 مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن

3 استاد دانشکده معدن, دانشگاه تهران

چکیده

در این مقاله رفتار عایق­های حرارتی الیاف معدنی شامل پشم شیشه و پشم سنگ در انتقال حرارت‌ گذرای مرکب رسانش و تابشی با استفاده از مد‌ل‌سازی عددی و پارامترهای نیمه تجربی که در این پژوهش با نتایج آزمایش‌‌ها تعیین شدند، بررسی می‌شود. پارامترهای ترموفیزیکی و فیزیکی مورد نیاز در مدل ریاضی مانند ظرفیت حرارتی، ضریب هدایت حرارتی موثر، قطر الیاف و چگالی واقعی و ظاهری این عایق‌ها با انجام آزمایش‌ها تعیین شده و در مدل عددی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. انتقال حرارت تابشی با شبیه‌سازی مستقیم بر پایه روش مونت کارلو انجام شده است. ضریب هدایت حرارتی ناشی از هدایت هوا-جامد نیز با استفاده از رابطه نیمه ‌تجربی به دست آمده با آزمایش‌های انجام شده و روش‌های معکوس تخمین پارامتر تعیین شده‌اند. انتقال حرارت تابشی (به صورت یک منبع حرارتی با معادله انتقال حرارت) با هدایت هوا-جامد جفت شد. نتایج بدست آمده از این مدل همخوانی خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • ُSohrab veiseh 1
  • Ali Hakkakifard 2
  • Mir Mohammad Ali Mir Mohammadi 3
چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermal insulation
  • mineral wool
  • Numerical modeling
  • combined radiation and conduction

مراجع

[1] Cengel Y. A.; Heat Transfer, second edition, Tata McGraw-Hill Publishing Company, 2003.
[2] ویسه، سهراب؛ خدابنده، ناهید؛ اصول و روش های عایق کاری حرارتی بر اساس مبحث 19 مقررات ملی ساختمان: آشنایی با مواد و مصالح مورد استفاده در عایق کاری حرارتی، مرکز تحقیقات ساختمان مسکن، تهران، ش ک-. 443 ، چاپ اول، 1386
[3] Veiseh S.; Mirmohamadi M.M.; Khodabandeh N.; Hakkaki-Fard A.; “Assessment of Parameters Affecting Compressive Behavior of Mineral Wool Insulations”, Asian Journal of Civil Engineering (BUILDING & HOUSING), Vol. 8, No. 4, pp. 359-
373, 2007.
[4] Veiseh S.; Hazkkaki-Fard A.; Kowsary F.; “Determining of the Air/Fiber Conductivity of Mineral Wool Insulations in Building Applications Using Parameter Estimation Methods”, Energy and Buildings in press.
[5] Bankvall C.; “Heat Transfer in Fibrous Materials”, Journal of Testing and Evaluation, Vol. 1, No. 5, May 1973, p.p. 235-243.
[6] Larkin B. K.; Churchill S. W.; “Heat Transfer by Radiation through Porous Insulations”, American Institute of Chemical Engineers Journal, Vol. 4, No. 5, p.p. 467-474, 1959.
[7] Tong T. W.; Tien C. L.; “Radiative Heat Transfer in Fibrous Insulations- Part I: Analytical Study”, Journal of Heat Transfer, Vol. 105, p.p. 70-75, 1983.
[8] Lee S. C., “Radiative Transfer through A Fibrous Medium: Allowance for Fiber Orientation”, J. Quant.
Spectrosc. Radiat. Transfer, Vol. 36, No. 3, p.p. 253-263, 1986.
[9] Cunnington G. R.; Lee S. C.; “Radiative Properties of Fibrous Insulations: Theory Versus Experiment”, J. of Thermophysics and Heat Transfer, Vo. 10, No. 3, p.p. 460-466, 1996.
[10] Roux J. A.; “Radiative Properties of High and Low Density Fiberglass Insulation in the 4-38.5 μm Wavelength Region”, Journal of Thermal Env. & Building Sci., Vo. 27, No. 2, p.p. 135-149, 2003.
[11] Guilbert G.; Langlais C.; Jeandel G.; Morlot G.; Klarsfeld S.; "Optical characteristic of semitransparent porous media", High Temp. -High Pres., Vol. 19, p.p. 251-259, 1987.
[12] Asllanaj F.; Jeandel G.; Roche J. R.; “Numerical solution of Radiative Transfer Equation Coupled with Nonlinear Heat Conduction Equation”, International Journal of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow, Vol. 11, No. 5, p.p. 449-473, 2001.
[13] Boulet P.; Jeandel G.; Morlat G.; “Model of Radiative Transfer in Fibrous Media-Matrix Method”, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 36, p.p. 4287-4297, 1993.
[14] Sugawara A.; Yoshizawa Y.; “An Experimental Investigation on the Thermal Conductivity of Consolidated Porous Material”, J. of Applied Physics, Vo. 33, No. 10, p.p. 3135-3138, 1962.
[15] Lee S. C.; Cunnington G. R.; “Heat Transfer in Fibrous Insulation: Comparison of Theory and Experiment”, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 12, p.p. 297-303, 1998.
[16] Tong T. W., Tien C. L., “Radiative Heat Transfer in Fibrous Insulations- Part II: Experimental Study”, Journal of Heat Transfer, Vol. 105, p.p. 76-81, 1983.
[17] Asllanaj F.; Roche J. R.; Jeandel G.; Lacroix D.; “Transient Combined Radiation and Conduction Heat Transfer in Fibrous Media”, Proc. of Third International Symposium on Radiation Transfer, Antalya, Turkey, June 17-22, pp. 633-640, 2001.
[18] Langlais C., Klarsfeld S., "Transfert de chaleur a travers les isolants fiberux en relation avec leur morphologie", Journee detude du groupement universitaire de thermique, Paris, pp. 19-53, 1985.
[19] Kielmeyer W.H.; Troyer R.L.; Fibrous Insulations, Handbook of Applied Thermal Design, Chapter 2, E.C. Guyer and C.L. Brownell, Eds., Taylor & Francis, 1999.
[20] Strother E.F.; Turner W.C.; Thermal Insulation Building Guide, Robert E. Krieger Publishing Company, 1990.
[21] Mahan; Radiation Heat Transfer: A statistical Approach, John Wiley and Sons, INC., 2002.
[22] Tannehill J.C.; Anderson D.A.; Pletcher R.H.; Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer, Taylor & Francis, 1984.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار