عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی انتقال حرارت دو بعدی در یک جریان دو فازی با استفاده از روش لتیس بولتزمی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 48947
- تاریخ دفاع
- ۲۲ تیر ۱۳۹۰
- دانشجو
- آرمین حق شناس
- استاد راهنما
- محمدحسن رحیمیان
- چکیده
- هدف اصلی این پایان‌نامه شبیه‌سازی عددی انتقال حرارت جابجایی آزاد در جریان سیال دو فازی در مختصات کارتزین دوبعدی، با استفاده از روش بولتزمن شبکه‌ای می‌باشد. بدین منظور مدل جدیدی پیشنهاد شده است که در واقع ترکیبی از دو مدل اسکالر منفعل برای شبیه¬¬¬سازی انتقال حرارت و مدل توسعه¬یافته توسط هی و همکارانش در سال 1999 برای مدل¬سازی جربان دو فازی می¬باشد. صحت و دقت کد نوشته شده برای مسئله انتقال حرارت جابجایی آزاد در جریان سیال دو فازی در حفره بسته، مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج خوبی حاصل گردیده است. تاثیر پارامترهایی همچون عدد رایلی، نسبت عدد پرانتل،ضریب منظر و پارامتر ? که حاصل¬ضربی از دو پارامتر ضریب انبساط دمایی و اختلاف دما است، روی جریان سیال و میدان دمایی مطالعه شد. مشاهده شد که با افزایش عدد رایلی و پارامتر ?، نیروی بویانسی و در نتیجه آن، حرکت سیال قوی¬تر شده و در کل انتقال حرارت جابجایی قوی¬تر می¬شود. علاوه بر این، افزایش عدد رایلی سبب طبقه طبقه شدن خطوط هم¬دما می¬شود، در حالی که پارامتر ? تاثیر چندانی بر میدان دمایی ندارد. همچنین با کاهش ضریب منظر و نسبت پرانتل، حرکت سیال ضعیف¬تر می¬شود. در انتها به این نتیجه¬گیری رسیدیم که مدل بولتزمن شبکه¬ای دمایی دو ¬فازی پیشنهاد شده، به خوبی قابلیت مدل-سازی مسائل دو فازی دمایی را داراست. لازم به ذکر است که برای جامع¬تر بودن پایان¬نامه در زمینه روش بولتزمن شبکه¬ای، انتقال حرارت در جریان سیال تک¬فازی نیز مورد ارزیابی قرار گرفته است و مسئله انتقال حرارت جابجایی آزاد در حفره باز با حضور محیط متخلخل با استفاده از این روش حل شده است و تاثیر پارامترهایی همچون عدد رایلی و تخلخل محیط روی جریان سیال و میدان دمایی مطالعه شد.مشاهده شد که برای اعداد رایلی پایین، عدد ناسلت میانگین تقریبا مستقل از عدد رایلی و پارامتر تخلخل است در حالی که در اعداد رایلی بالا، عدد ناسلت میانگین با افزایش عدد رایلی و پارامتر تخلخل، افزایش می¬یابد.
- Abstract
- The main purpose of this dissertation is the numerical simulation of 2-D natural convection in two-phase fluid flows by lattice Boltzmann method. To do this, a new model has been proposed which is indeed a combination of isothermal two-phase lattice Boltzmann method proposed by He et al. in 1999 to simulate the hydrodynamic field and passive scalar approach to model the thermal field. The numerical code was validated by the single-phase natural convection problem and a good agreement was observed. The effects of Rayleigh number, Prandtl number ratio, parameter ? and aspect ratio of the enclosure were studied. It was found that with increase of Ra and ?, the fluid convection becomes stronger. Moreover, increase of Ra causes the isotherms to be more distorted while growth of ? does not leave a major impact on the isotherms. Also, as Prr and aspect ratio decreases, the fluid motion gets weaker. It was concluded that this new thermal lattice Boltzmann method is well capable of modeling the thermal two-phase problems. It should be noted that in order to have a more comprehensive dissertation in the field of lattice Boltzmann method, first of all, heat transfer in one-phase fluid flows has been investigated. Numerical simulation of natural convection in an open-ended square cavity filled with porous medium by lattice Boltzmann method is modeled and explicit influences of some non-dimensional parameters are scrutinized. The numerical method was validated by two different cases and a good agreement was observed. It was found that, for low Rayleigh numbers, the average Nusselt number is almost independent of the values of Ra and ?, while for high Rayleigh numbers, Nu rises by increasing Ra and ?. Also, the maximum horizontal velocity on the vertical midplane of the cavity, umax, and the maximum vertical velocity on the horizontal midplane of the cavity, vmax, grow with the increase of the Rayleigh number and porosity.
