چكيده

بسیاری از کاربردهای صنعتی، مانند تولید بخار در بویلر (Boiler) یا خنک‌سازی هوا در سیم‌پیچ دستگاه تهویه هوا، می‌توانند به‌صورت دوبعدی متناوب مدل‌سازی شوند. این خودآموز نشان می‌دهد که چگونه می‌توان یک مسئله انتقال حرارت متناوب را با استفاده از یک مش آماده حل کرد. سیستم مورد بررسی یک دسته لوله است که در داخل آن‌ها سیالی با دمای مشخص در جریان است و تمام این لوله‌ها غوطه‌ور در یک جریان عرضی از سیالی با دمای متفاوت هستند. هر دو سیال آب، جریان آرام و پایا و عدد رینولدز آن تقریبا برابر ۱۰۰ است. دبی جرمی جریان عرضی مشخص است. از این مدل‌سازی برای پیش‌بینی میدان‌های جریان و دمای حاصل از انتقال حرارت هم‌رفت (Convective) استفاده می‌شود. به دلیل تقارن دسته لوله‌ها و تناوب ذاتی جریان در مجموعه لوله‌ها، تنها بخشی از هندسه در انسیس فلوئنت مدل‌سازی و تقارن موجود در مرزهای بیرونی اعمال می‌شود. مش مورد استفاده شامل یک ماژول متناوب همراه با تقارن است. در این خودآموز، مرز ورودی به‌عنوان یک ناحیه (Zone) متناوب بازتعریف و مرز خروجی به‌عنوان سایه آن تعریف می‌شود.

این خودآموز به شما یاد می‌دهد که چگونه:

♦ ناحیه متناوب ایجاد کنید،

♦ دبی جرمی متناوب را وارد کنید،

♦ انتقال حرارت متناوب را با شرایط مرزی دمایی مشخص، مدل‌سازی کنید،

♦ حل را با استفاده از حل‌گر فشار-مبنا (Pressure-based Solver) و کوپل انجام دهید،

♦ پروفیل دما را روی سطوح مشخص رسم کنید.

واژه‌های کلیدی

انتقال حرارت و جریان متناوب، فلوئنت، پروفیل دما، تقارن آینه‌ای

پیش‌نیازها

در این خودآموز فرض می‌شود که شما یک یا چند خودآموز مقدماتی مانند خودآموز شماره ۱ با نام «راهنمای استفاده از فلوئنت در محیط ورک‌بنچ با حل جریان سیال و انتقال حرارت در یک زانویی مخلوط‌کننده» را مطالعه کرده‌اید و با محیط گرافیکی فلوئنت شامل نمودار درختی و منوهای آن آشنا هستید. بعضی مراحل مربوط به تنظیمات حل به‌صورت صریح نشان داده نخواهند شد.

شرح مسئله

در شكل ‏زیر شماتیک مسئله‌ای که قرار است در این خودآموز شبیه‌سازی شود، نشان داده شده است. این مسئله شامل مقطعی دوبعدی از یک دسته لوله می‌شود. این مجموعه شامل لوله‌هایی به قطر ۱ سانتی‌متر است که با فاصله یکسان از هم در معرض یک جریان عرضی قرار گرفته‌اند. فاصله مرکز لوله‌ها از هم در راستای x برابر ۲ سانتی‌متر و در راستای y برابر ۱ سانتی‌متر است. عمق این مجموعه لوله ۱ متر است.

به خاطر تقارن در هندسه مجموعه لوله‌ها، فقط بخشی از دامنه مدل‌سازی می‌شود. دامنه محاسباتی در شكل ‏زیر با خط‌چین قابل مشاهده است. به مرزی ورودی ماژول متناوب، یک جریان با دبی جرمی ۰٫۰۵ کیلوگرم بر ثانیه اعمال می‌شود. دمای دیواره لوله‌ها (T_wall) ۴۰۰ کلوین و دمای جریان عرضی ۳۰۰ کلوین است. خواص آب استفاده‌شده در این مسئله در شكل ‏ آورده شده است.

مشخصات مسئله