اثر ورتکس‌های تصادفی بر نرخ انتقال حرارت از یک ذره کروی

Abstract

در بسیاری از فرآیندهای مهندسی و صنعتی، اسپری نقش مهمی را ایفا می‌کند. در این راستا، بررسی نرخ انتقال حرارت از ذرات در محیطی با طیف وسیعی از ساختارهای گردابه‌ای همانند گردابه‌های آشفته، از اهمیت بسزایی برخوردار است. اثرات متقابل بین این ساختارهای گردابه‌ای و ذرات کروی به‌طور قابل توجهی بر نرخ انتقال حرارت از ذرات و طول عمر آن‌ها تأثیر می‌گذارد. در تحقیق حاضر، انتقال حرارت گذرای یک ذره کروی در تعامل با ورتکس‌های تصادفی در جریان تراکم‌‌ناپذیر و لزج با استفاده از حل عددی معادلات ناویر- استوکس و انرژی در Re=100 با الگوریتم محاسباتی توسعه یافته، مطالعه شده است. به‌منظور اطمینان از صحت محاسبات، نتایج با داده‌های عددی در دسترس در مقالات مقایسه و هماهنگی خوبی بین نتایج مشاهده گردید. در ابتدا حوزه تأثیر ورتکس حول ذره با شبیه‌سازی دو ورتکس مشابه و با در نظر گرفتن اثر آن‌ها بر عدد ناسلت تعیین شده است. سپس، با استفاده از این حوزه تأثیر، اثر تعداد ورتکس‌های تصادفی با ساختارها و موقعیت‌های مختلف بر نرخ انتقال حرارت از ذره بررسی شده است. نشان داده شده که تنها 4 و یا 5 ورتکس می‌تواند به‌خوبی اثرات یک محیط گردابه‌ای با تعداد بیشتری از ورتکس‌ها را بر نرخ انتقال حرارت از یک ذره پیش‌بینی کند. به‌علاوه، نتایج نشان می‌دهد که برای تعداد 4 و یا بیشتر از ورتکس‌ها، عدد ناسلت در بازه‌ای محدود نسبت به مقادیر مربوط به عبور جریان بدون ورتکس از روی ذره تغییر می‌کند. به‌علاوه، افزایش در اندازه ورتکس‌ها منجر به نرخ انتقال حرارت بیشتر می‌شود.