بررسی عددی و تجربی تاثیرات تشعشع حرارتی درون محفظه

در کشور طراحی و ساخت سیستم بارگذاری حرارتی تشعشعی و در بین مطالعات منتشر شده در سطح بین المللی بررسی جریان سیال و انتقال حرارت در حضور المانهای تشعشعی شناور در سیال در محفظه باز مطالعه نشده و اطلاعات و خصوصیات حرارتی سیستم تحت بارگذاری حرارتی موجود نمی باشد. با توجه به پیچیده بودن هندسه مورد تحلیل ، وجود همزمان مکانیزمهای انتقال حرارت (جابجایی ، هدایت و تشعشع) و همچنین نیاز به بارگذاری حرارتی یکنواخت همزمان با بالا بردن دما ، بررسی گرمایش حرارتی تشعشعی در محفظه امری پیچیده است. هدف از این تحقیق بررسی عددی جریان سیال و انتقال حرارت در محفظه باز تحت تاثیر وجود منابع حرارتی تشعشعی گسسته شناور در سیال و بدست آوردن روابط تجربی از آزمایشات تجربی جهت کاربردهای مهندسی است. روش این تحقیق بررسی عددی اثرات پارامترهای مختلف بر جریان سیال حول ناحیه بارگذاری حرارتی و انتقال حرارت نمونه مورد بارگذاری ، طراحی و ساخت یک نمونه مهندسی از محفظه با بارگذاری حرارتی مورد نظر و بررسی تجربی اثرات پارامترهای مختلف بر ماکزیمم دمای جسم مورد بارگذاری حرارتی ویکنواختی توزیع شار حرارتی بر روی آن است. برای تحلیل عددی جریان و انتقال حرارت سیال محصور به ناحیه بارگذاری، معادلات پیوستگی، مومنتوم، انرژی سیال و انرژی سطح با در نظر گرفتن فرضیات مناسب جهت خواص ترموفیزیکی و تشعشعی و با اعمال شرایط مرزی مناسب به کمک روش حجم محدود و بر پایه الگوریتم simple به صورت همزمان حل شده است. حذف تشعشع حرارتی در نتایج محاسبات عددی جابجایی طبیعی در محفظه حرارتی باز به خصوص در دماهای پایین تاثیرگذار است. بدون در نظر گرفتن تشعشع حرارتی در محاسبات دما ، جریان و چرخش سیال بالاتر از مقدار واقعی بدست می آیند. مطالعه پارامتری در این تحقیق نشان می دهد که با افزایش شار حرارتی ، تعداد چشمه حرارتی و کاهش ضریب منظری دمای متوسط سیال، حداکثر دمای سیال و دیواره مورد بارگذاری حرارتی محفظه افزایش می یابد. این افزایش دما تا دمای منبع حرارتی که توسط شار ورودی به آن تعیین می شود ادامه می یابد. با مطالعه دقیقتر رابطه عددی حداکثر دمای صفحه مورد بارگذاری حرارتی توسط یک منبع حرارتی (بر حسب توان ورودی به منبع حرارتی و فاصله تا منبع) و طول یکنواختی شار بر آن صفحه (بر حسب تعداد منابع ، فاصله صفحه تا منابع ، فاصله بین منابع و ضریب یکنواختی شار) بدست آمده است. همچنین روشی برای محاسبه حداکثر دمای صفحه مورد بارگذاری برای آرایش دلخواه از منابع حرارتی با استفاده از رابطه یک منبع پیشنهاد شده است. پس از طراحی و ساخت اجزاء آزمون بارگذاری حرارتی با انجام آزمایشات رابطه نیمه تجربی حداکثر درجه حرارت دیواره گرم شده در اثر وجود یک منبع حرارتی گسسته در حفره باز ارائه گردید. سپس محدوده ای از مطالعه عددی با استفاده از امکانات تجربی ایجاد شده مورد ارزیابی قرار گرفته و توافق خوبی بین محاسبات عددی و نتایج تجربی مشاهده گردیده است. همچنین روش پیشنهاد شده برای محاسبه حداکثر دمای صفحه مورد بارگذاری برای آرایش دلخواه از منابع حرارتی مورد و اعتبار سنجی قرار گرفته و تائید شده است.