مطالعه عددی جریان و انتقال حرارت در لوله گیرنده حفره‌ای یک برج خورشیدی با آشوبگرهای مختلف تحت شار حرارتی غیریکنواخت

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 27 آذر 1401  

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2022.76201.1111

نویسندگان

سیاوش زینل پور؛ زهرا مهردوست

گروه مهندسی مکانیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

چکیده

در این مقاله، تأثیر استفاده از چهار نوع آشوبگر مختلف درون لوله گیرنده حفره‌ای برج خورشیدی به منظور بهبود انتقال حرارت و کاهش توزیع دمای غیر‌یکنواخت بررسی شده است. شبیه‌سازی عددی به صورت سه بعدی انجام شده و تأثیر شکل آشوبگرها، موقعیت قرارگیری درون لوله گیرنده، گام و ضخامت آشوبگر و همچنین تأثیر شار حرارتی غیریکنواخت بر عدد ناسلت، ضریب اصطکاک و دمای سطح لوله گیرنده بررسی شده است. جریان به صورت تراکم‌ناپذیر، پایا، آشفته و عدد رینولدز در محدوده 8000 تا 20000 در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه‌سازی عددی برای چهار نوع آشوبگر نوار تابیده، نوار موج‌دار، نوار حلزونی و نوار پره‌دار نشان داد که آشوبگر نوار موج‌دار نسبت به سه نوع دیگر، دارای عدد ناسلت بالاتر و دمای متوسط کمتر روی سطح خارجی لوله گیرنده است. افزایش عدد ناسلت نوار موج‌دار نسبت به نوار پره‌دار، تابیده و حلزونی به ترتیب %8/1، %2 و %2/3 و نسبت به لوله گیرنده بدون آشوبگر %10 است. با افزایش ضخامت آشوبگر و کاهش گام، عدد ناسلت افزایش یافته و دمای متوسط سطح خارجی لوله گیرنده کاهش می‌یابد. بررسی موقعیت قرارگیری آشوبگر در سه حالت نزدیک به دیواره شار حرارتی غیریکنواخت، وسط لوله و نزدیک به دیواره عایق نشان داد که با افزایش فاصله آشوبگر از ناحیه اعمال شار حرارتی غیریکنواخت، اختلاط جریان سیال گرم و سیال سرد بهتر صورت می‌گیرد و توزیع دما یکنواخت‌‌تر می‌شود. بنابراین بهترین موقعیت برای قرار گرفتن آشوبگر، دورترین فاصله نسبت به دیواره شار حرارتی غیریکنواخت است.

کلیدواژه‌ها

برج خورشیدی؛ لوله گیرنده حفره‌ای؛ شار حرارتی غیر یکنواخت؛ آشوبگر؛ انتقال حرارت