محاسبه تولید انتروپی تابش سطحی با توسعه روش تابش خالص در محفظه‌ای مایل همراه با جابه‌جایی طبیعی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 6، دوره 36، شماره 2 - شماره پیاپی 36، مرداد 1403، صفحه 77-96   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2023.80207.1151

نویسندگان

مهدی فتحی پور؛ علی صفوی نژاد^*

گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.

چکیده

در این مقاله با توسعه روش تابش خالص، تولید انتروپی تابش سطحی در محفظه‌ای ‌مایل همراه با جابه‌جایی طبیعی تحلیل و بررسی شده است. معادلات حاکم با فرمول‌بندی تابع جریان-ورتیسیتی با ‏روش تفاضل‌محدود و معادلات تابش سطحی با روش تابش خالص طیفی حل می‌گردند. تولید انتروپی تابش سطحی، شامل انتروپی تابشی در میدان و در ماده است. در این روش، با حل معادلات تابش خالص به‌صورت طیفی، شدت تابش ورودی و خروجی از سطوح بدست می‌آید آنگاه، انتروپی تابشی در ماده و شدت انتروپی تابشی طیفی محاسبه و در‌پایان با استفاده از شدت انتروپی تابشی طیفی، انتروپی تابشی در میدان محاسبه می‌گردد. جهت صحت محاسبه تولید انتروپی تابش سطحی، روش تابش خالص توسعه داده با قانون دوم ترمودینامیک، اعتبارسنجی شده است. تأ‌ثیر عدد رایلی، ضریب صدور و زاویه محفظه بر تولید انتروپی بررسی می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش زاویه محفظه تولید انتروپی تابش سطحی کاهش می‌یابد. کمترین تولید انتروپی در زاویه90 درجه، حالتی که دیواره گرم دیواره پایینی محفظه باشد، اتفاق می‌افتد. همچنین 85% ‏تولید انتروپی کل‎‏ ‏ناشی از ‏تابش سطحی می‌باشد به‌طوری‌که تولید انتروپی ناشی از تأثیر تابش سطحی، ‏‎520‎‏% نسبت به حالتی‌که از ‏تابش سطحی چشم‌پوشی می‌گردد، افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

انتروپی تابش سطحی؛ &rlm؛ روش تابش خالص توسعه یافته؛ محفظه‌ای مایل

مراجع

1. F. Oztop, K. Al-Salem, "A review on entropy generation in natural and mixed convection heat transfer for energy systems", Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 16, no. 1, Pp. 911-920, (2012). https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.09.012
2. Balaji, S. P. Venkateshan, "Interaction of Surface Radiation with Free Convection in a Square Cavity", International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 14, No. 3, Pp. 260-267, (1993). https://doi.org/10.1016/0142-727X(93)90057-T
3. Akiyama, Q. P. Chong, "Numerical Analysis of Natural Convection with Surface Radiation in a Square Enclosure", Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, Vol. 32, No. 4, Pp. 419-433, (1997). https://doi.org/10.1080/10407789708913899.
4. Z. Shuja, B. S. Yilbas, and M. O. Budair, "Natural Convection in a Square Cavity with a Heat Generating Body: Entropy Consideration," Heat and Mass Transfer, journal article. Vol. 36, No. 4, Pp. 343-350, (2000). https://doi.org/10.1007/s002310000075
5. Berrin Erbay, Z. Altaç and B. Sülüş, "Entropy Generation in a Square Enclosure with Partial Heating from a Vertical Lateral Wall", Heat and Mass Transfer, Vol. 40, No. 12, Pp. 909-918, (2004). https://doi.org/10.1007/s00231-003-0497-x
6. Varol, H. F. Oztop and A. Koca, "Entropy Generation due to Conjugate Natural Convection in Enclosures Bounded by Vertical Solid Walls with Different Thicknesses" International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 35, No. 5, Pp. 648-656, (2008). https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2008.01.010
7. G. Ilis, M. Mobedi, and B. Sunden, "Effect of Aspect Ratio on Entropy Generation in a Rectangular Cavity with Differentially Heated Vertical Walls", International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 35, No. 6, Pp. 696-703, (2008). https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2008.02.002
8. D. C. Oliveski, R, M. H. Macagnan and J. B. Copetti, "Entropy Generation and Natural Convection in Rectangular Cavities", Applied Thermal Engineering, Vol. 29, No. 8, Pp. 1417-1425, (2009). https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.07.012.
9. Alipanah, P. Hasannasab, S. F. Hosseinizadeh and M. Darbandi, "Entropy Generation for Compressible Natural Convection with High Gradient Temperature in a Square Cavity", International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37, No. 9, Pp. 1388-1395, (2010). https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2010.07.020
10. Bouabid, M. Magherbi, N. Hidouri and A. B. Brahim, A, "Entropy Generation at Natural Convection in an Inclined Rectangular Cavity", Entropy, Vol. 13, No. 5, Pp. 1020-1033, (2011).https://doi.org/10.3390/e13051020
11. S. Bondareva, M. A. Sheremet, H. F. Oztop, and N. Abu-Hamdeh, "Entropy Generation due to Natural Convection of a Nanofluid in a Partially Open Triangular Cavity," Advanced Powder Technology, Vol. 28, No. 1, Pp. 244-255, (2017). https://doi.org/10.1016/j.apt.2016.09.030
12. C. Cho, "Heat Transfer and Entropy Generation of Mixed Convection Flow in Cu-water Nanofluid-filled Lid-driven Cavity with Wavy Surface", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 119, Pp. 163-174, (2018).https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.11.090
13. M. Seyyedi, A. S. Dogonchi, M. Hashemi-Tilehnoee, M. Waqas and D. D. Ganji, D. D., "Investigation of Entropy Generation in a Square Inclined Cavity Using Control Volume Finite Element Method with Aided Quadratic Lagrange Interpolation Functions", International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 110, P. 104398, (2020) . https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2019.104398
14. Iftikhar, T. Javed and M. A. Siddiqu, "Entropy Generation Analysis During MHD Mixed Convection Flow of Non-Newtonian Fluid Saturated Inside the Square Cavity", Journal of Computational Science, Vol. 66, P. 101907, (2023). https://doi.org/10.1016/j.jocs.2022.101907
15. Amraqui, A. Mezrhab, and C. Abid, "Combined Natural Convection and Surface Radiation in Solar Collector Equipped with Partitions", Applied Solar Energy, Vol. 47, No. 1, Pp. 36-47, (2011). https://doi.org/10.3103/S0003701X11010051
16. A. Dashti and A. Safavinejad, "Optimal Design with Entropy Generation Minimization Approach in Combined Natural Convection with Surface Radiation in a Two‐dimensional Enclosure", Heat Transfer—Asian Research, Vol. 48, No. 8, Pp. 4049-4073,(2019). https://doi.org/10.1002/htj.21582.
17. F. Hinojosa, D. Buentello, J. Xamán and M. Pérez-Tello, "The Effect of Surface Thermal Radiation on Entropy Generation in an Open Cavity with Natural Convection", International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 81, Pp. 164-17, (2017). https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2016.12.018
18. Sadeghi and A. Safavinejad, "Radiative entropy generation in a gray absorbing, emitting, and scattering planar medium at radiative equilibrium", Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, Vol. 201, Pp. 17-29, (2017). https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2017.06.023
19. Bejan, Convection Heat Transfer. Wiley, (2013).
20. Montiel Gonzalez, Hinojosa Palafox, J., and Estrada, C. A., "Numerical study of heat transfer by natural convection and surface thermal radiation in an open cavity receiver," Solar Energy, vol. 86, no. 4, pp. 1118-1128, (2012). https://doi.org/10.1016/j.solener.2012.01.005
21. R. Howell, M. P. Menguc and R. Siegel, Thermal Radiation Heat Transfer, 5th Edition.CRC Press, (2010). https://doi.org/10.1201/9780429327308
22. Aejan, Entropy Generation Minimization: The Method of Thermodynamic Optimization of Finite-size Systems and Finite-time Processes. CRC press, (2013). https://doi.org/10.1201/9781482239171
23. Planck, The theory of heat radiation. Blakiston, (1914).
24. Liu, S. Chu, "Verification of Numerical Simulation Method for Entropy Generation of Radiation Heat Transfer in Semitransparent Medium," Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, Vol. 103, No. 1, Pp. 43-56, (2007). https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2006.07.004
25. de Vahl Davis, "Natural Convection of Air in a Square Cavity: a Bench Mark Numerical Solution", International Journal for numerical methods in fluids, Vol. 3, No. 3, Pp. 249-264, (1983).
26. Behnia, J. Reizes and G. de Vahl Davis, "Combined Radiation and Natural Convection in a Rectangular Cavity with a Transparent Wall and Containing a Non‐participating Fluid", International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 10, No. 3, Pp. 305-325, (1990). https://doi.org/10.1002/fld.1650100306
27. G. Martyushev and M. A. Sheremet, "Numerical Analysis of Conjugate Natural Convection and Surface Radiation in an Enclosure with Local Heat Source" Computational Thermal Sciences: An International Journal, Vol. 5, No. 1, (2013). https:// doi.org/10.1615/ComputThermalScien.2012006040