การจำลองแบบเชิงตัวเลขสำหรับการถ่ายเทความร้อนแบบคอนจูเกต ที่มีการพาความร้อนแบบอิสระและแบบบังคับโดยใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์วอลุม

Abstract

นำเสนอการวิเคราะห์ปัญหาการถ่ายเทความร้อนแบบคอนจูเกต ด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์วอลุมภายใต้สมมติฐาน ที่เป็นการไหลแบบราบเรียบอัดตัวไม่ได้ที่สภาวะอยู่ตัวในสองมิติ การถ่ายเทความร้อนระหว่างผิวรอยต่อระหว่างของแข็งและของไหลถูกเชื่อมโยง โดยใช้ฟลักซ์ความร้อนที่ออกจากปริมาตรควบคุมในของแข็งที่ผิวรอยต่อ ซึ่งฟลักซ์ดังกล่าวถูกนำไปคำนวณเป็น Source term ของสมการอนุรักษ์พลังงานโดยไม่ตัดความเชื่อมโยงของปริมาตรควบคุมที่อยู่ติดกัน โปรแกรมที่พัฒนาขึ้นถูกตรวจสอบความถูกต้องกับงานวิจัยอื่นๆ ก่อนหน้านี้ ทั้งในส่วนของการไหลและการถ่ายเทความร้อนในโหมดต่างๆ จนมั่นใจได้ว่าโปรแกรมที่พัฒนาขึ้นสามารถให้ผลการคำนวณที่ถูกต้อง ไม่ต่างไปจากลักษณะทางกายภาพที่เกิดขึ้นจริง โปรแกรมที่ผ่านการตรวจสอบความถูกต้องแล้ว จะถูกใช้ในการวิเคราะห์ปัญหาการถ่ายเทความร้อนแบบคอนจูเกต ของการไหลผ่านสิ่งกีดขวางรูปทรงสี่เหลี่ยมที่ได้รับความร้อนจากผิวด้านล่างของช่องการไหล โดยศึกษาถึงผลของเรย์โนลด์นัมเบอร์ พรันเทิลด์นัมเบอร์ และอัตราส่วนของสัมประสิทธิ์การนำความร้อน พบว่า อัตราการถ่ายเทความร้อนมีความสัมพันธ์โดยตรงกับตัวแปรทั้งสาม กล่าวคือ เมื่อค่าตัวแปรใดตัวแปรหนึ่งเพิ่มขึ้น จะทำให้อัตราการถ่ายเทความร้อนมีค่าเพิ่มขึ้นด้วย โดยตัวแปรที่มีผลมากที่สุดคืออัตราส่วนของสัมประสิทธิ์การนำความร้อน และเมื่อค่าอัตราส่วนของสัมประสิทธิ์การนำความร้อนมีค่าตั้งแต่ 100 ขึ้นไป สิ่งกีดขวางจะมีอุณหภูมิคงที่จนไม่มีผลของการนำความร้อนในของแข็ง (เกรเดียนท์ของอุณหภูมิในของแข็งมีค่าเข้าใกล้ศูนย์)