بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش جابجایی توأم ناشی از اثرات همزمان انتقال حرارت آزاد و اجباری نانوسیال درون محفظه ای گرماگیر مطابق شکل، به کمک روش شبکه بولتزمن بررسی میگردد. نسبت شکلی محفظه P=Q=L/4 و درپوش گرم آن نیز با سرعت ثابت U0 حرکت می کند. دیواره های جانبی محفظه عایق و دیوار گرم پایین آن، بدون حرکت در نظر گرفته می شود. اثر تغییر عدد ریچاردسون - Ri=Gr/Re2 - در سه حالت مختلف بررسی می گردد: ابتدا Ri=0.1 - حاکمیت جابجایی اجباری - و سپس Ri=10 - حاکمیت جابجایی آزاد - و همچنین Ri=1 - جابجایی توأم آزاد و اجباری - . در هر حالت اثر مقادیر مختلف بر خواص حرکتی و حرارتی محبوس در آن بررسی خواهد شد. انتقال حرارت سیال درون محفظه همواره ترکیبی از حرکت های جابجایی آزاد و جابجایی اجباری است. عدد رینولدز سیال کاری نیز برابر با مقدار ثابت - Re =100 - 100 در نظر گرفته شده است. در این روش با میانگینگیری مناسب از پارامترهای میکروسکوپیک میتوان کمیتهای ماکروسکوپیک نظیر سرعت و دما را محاسبه نمود.
-1 مقدمه
امروزه با استفاده از رایانههای پیشرفته، شبیه سازی عددی فرایندهای فیزیکی دنیای پیرامون، فرایندی دور از ذهن نبوده و این امر نیاز به انجام بسیاری از آزمایشهای پرخرج را به نحو مطلوبی کاهش داده است. شبیهسازی عددی جریان و انتقال حرارت در هندسهها و شرایط کاری مختلف، محققین را قادر ساخته تا بسیاری از افکار و ایدههای نوین خود را پیش از مراحل ساخت و نصب تجهیزات مورد بررسی و تحلیل قرار داده و به بهترین شکل طراحی با کمترین هزینه دست یابند. در این راستا، روشهای عددی متنوعی تاکنون معرفی و مورد استفاده قرار گرفتهاند. محققان بسیاری در این مورد فعالیت داشتهاند.
هوو7 و همکارانش[2] جریان داخل یک محفظه8 - حفره - را به کمک روش شبکه بولتزمن مورد مطالعه قرار دادند. در رساله مذکور توانایی روش شبکه بولتزمن و همچنین نحوه بکارگیری این روش جهت تحلیل رفتار سیال درون یک محفظه دو بعدی مربع شکل با دیواره متحرك به طور دقیق مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج حاصل و مقایسه با داده های قبلی بدست آمده از حل با استفاده از معادالت ناویر استوکس، مشاهده شد که روش شبکه بولتزمن در بازه وسیعی از عدد رینولدز جوابهای دقیق و قابل قبولی خواهد داشت.
یوو9 و همکارانش[3] جریان یک سیال لزج را به کمک معادله بولتزمن مدل سازی نمودند. در مقاله ایشان قابلیت کاربرد روش شبکه بولتزمن در بررسی خواص حرکتی جریان های چند فازی درهندسه های متفاوت و نیز قابلیت کاربرد این روش در تحلیل میکروکانالها مورد مطالعه قرار گرفته است. ایشان در ادامه رفتار جریان سیال در یک محفظه با درپوش متحرك که منجر به ایجاد حرکتهای اجباری در درون سیال می شود را نیز به طور کامل تحلیل و نتیجه گیری نموده اند. بررسی جریان سیال در یک محفظه با درپوش متحرك پژوهشی بوده که توسط وو[4] 10 انجام شده و در آن رفتار سیال در مقادیر باالی رینولدز به کمک روش شبکه بولتزمن بررسی شده است. ایشان در مقاله خود به نحوه استفاده از روش شبکه بولتزمن جهت مدلسازی رینولدزهای باال اشاره کرده اند.
پس از بررسی جریان هیدرودینامیکی سیال در داخل محفظه های با هندسه های ساده، در ادامه محققین به استفاده از روش شبکه بولتزمن در محفظه هایی با هندسه های متفاوت روی آوردند. پاتیل11 و همکارانش[5] جریان در یک محفظه دوبعدی عمیق را به کمک روش شبکه بولتزمن مدلسازی نمودند. در پژوهش مذکور اثر نسبت شکل های مختلف محفظه نیز بر جریان سیال بررسی شده است به این ترتیب که نسبت شکلی از 1.5 تا 4 متغیر بوده و در هر مورد به ازای اعداد رینولدز متفاوت - 50<Re<3200 - مشخصات جریان سیال بررسی شده است. مشاهده شد که با افزایش ارتفاع محفظه اثر حرکت درپوش محفظه بر قسمتهای پایین آن کمتر شده و این امر منجر به ایجاد نوعی حرکت خزشی در این مناطق از محفظه می شود.
استفاده از روش چند بلوکی[6] جهت شبکه بندی در روش شبکه بولتزمن در سال 2006 مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش جهت کاهش حجم محاسبات در فضاهایی که حح دور از مرزهای جامد هستند از یک شبکه معمولی استفاده می شود در حالیکه در مجاورت مرزهای مشترك جامد و سیال از یک شبکه بندی ریزتر که دقت بیشتری دارد، استفاده می شود. پس از بررسی خصوصیات هیدرودینامیکی سیال به کمک روش شبکه بولتزمن در یک محفظه، محققین سعی در مدلسازی حرارتی سیال به این روش نمودند.
