بررسی عددی اثر میدان مغناطیسی بر انتقال حرارت جابجایی آزاد درون یک محفظه
Title Proper
numerical investigation of magnetic field effect on natural convection heat transfer inside an enclosure
.PUBLICATION, DISTRIBUTION, ETC
Place of Publication, Distribution, etc.
تهران
PHYSICAL DESCRIPTION
Other Physical Details
۷۲۱ ص.
NOTES PERTAINING TO TITLE AND STATEMENT OF RESPONSIBILITY
Text of Note
مجید قاسمی
NOTES PERTAINING TO PUBLICATION, DISTRIBUTION, ETC.
Text of Note
متن کامل
DISSERTATION (THESIS) NOTE
Dissertation or thesis details and type of degree
دکتری
Body granting the degree
صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
Date of degree
۱۳۹۰
Discipline of degree
تبدیل انرژی
SUMMARY OR ABSTRACT
Text of Note
در صنعت ریخته گری و رشد بلور از یک میدان مغناطیسی خارجی استفاده می شود تا جریان جابجایی اجتناب ناپذیر ناشی از اختلاف دمای بین ناحیه مذاب و دیوار انجماد را تضعیف کنند. این امر منجر به کنترل بهتر کیفیت بلور و همگنی آن می شود. در این تحقیق اثر میدان مغناطیسی بر انتقال حرارت جابجایی آزاد یک فلز مایع، درون یک محفظه مربعی به صورت عددی، مطالعه شده است. هندسه مسئله یک محفظه دو بعدی به همراه دو پارتیشن عایق، یکی بر روی دیوار بالا و دیگری بر روی دیوار پایین می باشد. معادلات حاکم برای جریان های آرام و مغشوش در حالت خواص متغیر با فرض رینولدز مغناطیسی خیلی کوچک و همچنین جریان آرام با فرض اینکه جریان سیال بر میدان مغناطیسی اثرگذار است در نظر گرفته شده اند. این معادلات به همراه شرایط مرزی به صورت عددی و با استفاده از روش حجم محدود حل می شوند. گسسته سازی جملات جابجایی معادله مومنتوم توسط تکنیک هیبرید و جملات پخش از روش تفاضل مرکزی انجام شده است. وابستگی میدان سرعت و فشار از طریق الگوریتم سیمپلر برقرار شده و معادلات تفکیک شده که کاملا به هم وابسته میباشند از طریق روش ماتریس سه قطری حل میشوند. مسئله برای دو حالت آرام و آشفته برای سدیم مایع با پرانتل 10.0 مورد بررسی قرار گرفته و اثر پارامترهای تاثیر گذار از قبیل عدد رایلی، عدد هارتمن، موقعیت قرارگیری پارتیشن ها و ابعاد پارتیشن ها بر رژیم جریان و توزیع دما در محفظه بررسی شده اند. ابتدا نشان داده شده است که اگر رینولدز مغناطیسی خیلی کوچک باشد جریان سیال بر توزیع میدان مغناطیسی درون محفظه بدون پارتیشن اثر نداشته و میدان مغناطیسی در کل محفظه ثابت و برابر با میدان مغناطیسی اعمال شده می باشد. سپس نشان داده شده است که با اعمال میدان مغناطیسی، قدرت جابجایی و در نتیجه انتقال حرارت کاهش می یابد. بطوریکه با اعمال میدان مغناطیسی قوی، مکانیزم انتقال حرارت در محفظه به هدایت تبدیل می شود. وجود پارتیشن نیز انتقال حرارت از دیوار گرم به سرد را کاهش داده، بطوریکه مقدار عدد ناسلت کمتر از یک میصشود و با افزایش ابعاد پارتیشن ها عدد ناسلت کاهش می یابد. همچنین نشان داده شده است که در جریان آرام صرف نظر از موقعیت قرار گیری پارتیشن ها و ابعاد آنها، با اعمال میدان مغناطیسی مقدار عدد ناسلت کاهش یافته و به مقداری ثابت میل میصکند. با افزایش عدد هارتمن از یک مقدار به بعد، به علت اینکه مکانیزم انتقال حرارت هدایت در محفظه غالب می شود، تغییرات عدد ناسلت ناچیز می شود. در جریان مغشوش نیز مشاهده میصشود که با افزایش عدد هارتمن، عدد ناسلت کاهش یافته و به سمت یک میل میصکند. در هر موقعیت قرار گیری پارتیشن ها در جریان مغشوش، در هارتمن های پایین با افزایش ارتفاع پارتیشن ها مقادیر عدد ناسلت به شدت کاهش میصیابد، اما با افزایش عدد هارتمن، کاهش عدد ناسلت ناشی از افزایش ارتفاع پارتیشن، کم می شود.
Text of Note
In casting and crystal growth industries the magnetic field is used to suppress an unavoidable convection current which leads to better control of crystal growth. This causes to better control of crystal quality. In this research effect of magnetic field on convection heat transfer of a liquid metal inside a square enclosure numerically is studied. The governing equations for laminar and turbulent flow in case of variable properties with assumption very low magnetic Reynolds number and also laminar flow with assumption the magnetic field is affected by fluid flow, are considered. These equations with suitable boundary conditions by using the finite volume method are solved. The problem for two cases laminar and turbulent flow for liquid sodium with prandtl 0.01 is investigated and the effect of parameters such as Rayleigh number, Hartmann number, partitions position and dimensions of partitions on flow pattern and the temperature field in enclosure are investigated. At first, it is shown that if magnetic Reynolds number is very low, the fluid flow doesn t affect on magnetic field distribution and magnetic field is constant in the whole of enclosure and is equal to the applied magnetic field. Then it has been shown that by applying magnetic field the convection strength and heat transfer is reduced, so that by applying high magnetic field the mechanism of heat transfer changes from conduction to convection. The partitions reduce the heat transfer from the hot to the cold wall, so that the Nusselt number becomes less than one and as the partition dimensions increase the Nusselt number decreases. Also it is observed that in laminar flow regardless of partitions position and their dimensions, by applying magnetic field the Nusselt number reduces and approaches to a constant value. As the Hartmann number increases, due to change of mechanism of heat transfer to conduction, the variation of the Nusselt number is negligible. In turbulent flow by increasing the Hartmann number the Nusselt number is reduced and approaches unity. In each partitions position, in turbulent flow, in low Hartmann numbers as partition height increases the Nusselt number reduces, but as the Hartmann number increases the reduction of the Nusselt number due to increasing of the partitions height, is decreased.