مروری بر شبیه سازی عددی انتقال حرارت جوشش استخری با تمرکز بر مشخصه های ساختاری سطح در نرم افزار تجاری انسیس فلوئنت

محورهای موضوعی : جریانهای چند فازی

ارمیا ضرغام ¹ (گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران)
محمد حسن نوبختی ² (عضو هیئت علمی، گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران)
مرتضی خیاط ³ (عضو هیئت علمی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران)

تاریخ دریافت : 1399/04/31 تاریخ پذیرش : 1399/08/25 تاریخ انتشار : 1399/08/25

کلید واژه: شبیه سازی عددی, انتقال حرارت جوشش استخری, دینامیک حباب, سطوح اصلاح شده, مدل حجم سیال,

چکیده مقاله :

جریان‌های چند فازی نظیر جوشش استخری، مسائلی چند فیزیکی - چند مقیاسی پیچیده‌ای هستند و نیازمند انبوهی از تکنیک‌های عددی برای فیزیک‌های مختلف حل اند که برای مجموعه خاصی از پارامترهای جریان و رژیم‌های مختلف با هم ترکیب شده اند. به همین دلیل هنوز یک راه حل عددی کاملاً تثبیت شده برای انجام شبیه سازی‌های پیش بینی کننده و به خوبی معتبر شده به طور شفاف تعریف نشده است. هدف اصلی از انجام این پژوهش، جمع بندی روش‌ها و اصول اساسی شبیه سازی عددی جوشش استخری و تبیین کلیۀ مراحل اجراء و پیاده سازی آن در نرم افزار انسیس فلوئنت به گونه ای صریح و شفاف است. در این پژوهش، جزئیات مدل‌های عددی و نتایج بدست آمده برای ناحیه جوشش هسته‌ای جهت تحلیل دینامیک تک حباب و محاسبه شار حرارتی بحرانی ارائه شده است و تأثیر پارامترهایی مانند سوپرهیت دیواره، زیرسردی مایع، زاویه تماس و مشخصه های ساختاری سطح بر ضریب انتقال حرارت و شار حرارتی را نیز شامل می شود. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که شبیه سازی‌‌های عددی تطابق نسبتاً خوبی با داده‌های آزمایشگاهی و تجربی دارد.

چکیده انگلیسی:

Multiphase flows, such as pool boiling, are complex multi-physical -multi-scale problems that require a multitude of numerical techniques to solve different physics combined for a specific set of flow parameters and different regimes. For this reason, a well-established numerical solution for well-validated predictive simulations has not yet been clearly defined. The main purpose of this study is to summarize the methods and basic principles of numerical simulation of pool boiling and explain all the steps of its implementation in ANSYS Fluent software in a clear and transparent manner. In this research, the details of numerical models and the results obtained for the nucleate boiling regime are presented to analyze the single bubble dynamics and calculate the critical heat flux. Heat flux is also included. The results of this study show that numerical simulations have a relatively good agreement with laboratory and experimental data.