اثر سطوح گسترش یافته بر پدیده ذوب با استفاده از روش شبکه بولتزمن

در این پایان نامه مطالعه عددی پدیده ذوب جابجایی طبیعی درون یک حفره مربعی با پره با استفاده از روش آنتالپی شبکه بولتزمن انجام شده است. با بکارگیری این روش، حل مسائل تغییر فاز به دلایل زیر آسان می شود: (1) نیاز به ارضا شرایط مرزی در جبهه تغییر فاز از بین می رود، (2) محیط خمیری شکل در نظر گرفته می شود و (3) با استفاده از میدان دما موقعیت جبهه موج با دقت بالایی به دست می آید. برای شبیه سازی میدان های چگالی، سرعت و دما از مدل تابع توزیع چندتایی استفاده شده است. بعضی از محدودیت ها شامل محدوده کم تغییرات دما، ناپایداری عددی و غیر قابل تغییر نبودن عدد پرانتل در این مدل حذف می شود. از مدل شبکه برای محاسبه میدان های چگالی و سرعت استفاده شده است در حالیکه مدل شبکه برای محاسبه میدان دما استفاده شده است. اثرات تغییر موقعیت و طول پره بر روی نرخ ذوب، زمان ذوب کامل و عدد ناسلت متوسط مورد بررسی قرار گرفته شده است. شبیه سازی ها برای اعداد استفان 10و 1، اعداد پرانتل1 و 2/6، عدد رایلی 105 و نسبت هدایت پذیری پره به سیال 5 تا 30 انجام شده است. درستی نتایج بدست آمده با مقایسه نتایج جابجایی طبیعی و ذوب جابجایی طبیعی در یک حفره مربعی با مطالعات عددی پیشین انجام آمده است. نتایج نشان دادند که در ابتدای فرآیند با اضافه کردن پره با هر طولی افزایش انتقال حرارت هدایتی در مناطق نزدیک به سطوح پره مشاهده می شود، در حالیکه این اثر در دیگر مناطق بسیار ضعیف می باشد. زمانی که فرآیند پیش می رود، اثر جابجایی طبیعی در بالای حفره بسیار زیاد می شود. برای حالت kr=10 و xr=0/5، با اضافه کردن پره با طول های 25/0، 5/0 و 75/0 زمان ذوب کامل به ترتیب 50، 71/35 و 85/42 درصد کاهش می یابد. برای حالت lr=0/5 و xr=0/5، با افزایش دادن نسبت هدایت پذیری پره به سیال از 5 تا 30، زمان ذوب کامل در مقایسه با حالت بدون پره، کاهش 57/25 درصد تا 50 درصد را نشان می دهد. در مراحل اولیه فرآیند ذوب، عدد ناسلت متوسط بر روی سطوح داغ با زمان کاهش می-یابد. با گذشت زمان سهم جابجایی طبیعی در عدد ناسلت متوسط بیشتر می گردد.