بررسی انتقال حرارت جابجایی آزاد درون یک محفظه با استفاده از روش شبکه بولتزمن

در این پایان نامه انتقال حرارت جابجایی آزاد درون یک محفظه دو بعدی که با یک سیال غیر قابل تراکم پر شده و با دیواره های عمودی دما ثابت و دیواره های افقی آدیاباتیک که شامل یک قطعه مربعی در وسط آن با دمای ثابت و بالاتر از دیواره های عمودی محفظه است با استفاده از روش شبکه بولتزمن حرارتی بررسی شده است.. یکی از اهداف اصلی این پروژه، مقایسه نتایج روش شبکه بولتزمن با حل عددی معادلات ناویر-استوکس و انرژی می باشد. مدل سرعت انتخاب شده در حالت دوبعدی d2q9 می باشد و عبارت برخورد در معادله بولتزمن با استفاده از تقریب bgk ساده شده است. شرایط مرزی سرعت با روش بانس-بک (bounce-back) که یک روش موثر در شبیه سازی مرزهای جامد در روش شبکه بولتزمن تلقی می گردد، اعمال شده اند. تحلیل برای عدد پرانتل 71/0 و اعداد رایلی 1000 تا 1000000 انجام شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که مقادیر سرعت افقی و عمودی ماکزیمم و همچنین مقادیر عدد نوسلت متوسط محاسبه شده بر روی دیواره گرم عمودی در محفظه با نتایج حاصل از حل عددی معادلات ناویر-استوکس و انرژی با تقریبی بسیار عالی سازگار می باشند. . بررسی دیگر مشاهده تاثیر اندازه قطعه مربعی درون محفظه بر روی خطوط جریان و خطوط هم دما و نیز اندازه تابع جریان ماکزیمم و عدد نوسلت متوسط برروی قطعه مربعی می باشد. ابعاد قطعه مربعی به صورت نسبت ارتفاع محفظه به اندازه ضلع قطعه از 5/2 تا 8 بررسی شده اند. نتایج حاصل نشان می دهد که با کاهش ابعاد قطعه، عدد نوسلت متوسط افزایش می یابد. سپس تاثیر ابعاد محفظه به صورت نسبت ارتفاع محفظه به فاصله دو دیوار عمودی از 4/0 تا 5/2، بر روی خطوط جریان و خطوط هم دما و نیز اندازه تابع جریان ماکزیمم و عدد نوسلت متوسط برروی قطعه مربعی بررسی شده است در این حالت نیز بررسی برای عدد پرانتل 71/0 و برای اعداد رایلی 103 تا 106 انجام شده است نتایج حاصل نشان می دهد که با افزایش نسبت منظری از 4/0 تا 5/2 عدد نوسلت متوسط افزایش می یابند.