بررسی آنالیز عددی جا به جایی مغشوش آب و گل حفاری درون محفظه مربعی با استفاده از روش‌های مختلف اغتشاش

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 باشگاه پژوهشگران جوان و دانشگاه آزاد اسلامی، واحد مشهد، گروه مهندسی مکانیک

2 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد مشهد، گروه مهندسی کامپیوتر

3 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد مشهد، گروه مهندسی مکانیک

چکیده

در پژوهش حاضر، پس از صحه‌گذاری روند حل، انتقال حرارت جا به جایی توأم درهم گل حفاری (به عنوان سیال غیر نیوتنی) و آب (به عنوان سیال نیوتنی) درون محفظه‌ای مربعی به صورت عددی و با استفاده از روش حجم محدود بررسی شده است. مدل‌های اغتشاش به کار رفته در این پژوهش، مدل‌های معتبری چون RNG k-ε Standard k-ε ،و RSM بوده است. از نتایج این پژوهش مشخص گردید که در حالت حاکمیت جا به جایی طبیعی،‌ لایه مرزی سرعتی روی دیواره سرد تا حدودی نامتقارن بوده و سیال موجود در مرکز محفظه، لایه لایه و ساکن باقی می‌ماند. از نمودارهای موجود نیز مشخص شد شدت درهمی برای حالت حاکمیت جا به جایی اجباری بیشتر از حالت حاکمیت جا به جایی طبیعی است. همچنین بیشینه شدت اغتشاش برای گل حفاری بیشتر از آب است. به عنوان یکی از اصلی‌ترین نتایج این مطالعه، می‌توان گفت که در شرایط مشابه،‌ عدد ناسلت برای سیال آب بسیار بیشتر از عدد ناسلت برای گل حفاری است که این خود نشان دهنده بیشتر بودن انتقال حرارت جابه‌جایی برای سیال آب در مقایسه با گل حفاری است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Modeling of Turbulence Mixed Convection of Water and Drilling Mud inside a Square Enclosure by Various Turbulence Models

نویسندگان [English]

  • Mohammadreza Safaei 1
  • Marjan Goodarzi 2
  • Hamidreza Goshayeshi 3
1 Young Researchers Club, Mashhad Branch, Islamic Azad University
2 Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran
3 Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran
چکیده [English]

In the current study, after validating the accuracy of the current solution, mixed convection heat transfer in a square enclosure for drilling mud-as a non-Newtonian fluid-and water-as a Newtonian fluid—is investigated by finite volume method. The turbulence methods used in this study are the reliable methods such as RNG , standard, and RSM. The outcome of the investigation implies that under natural convection conditions, velocity boundary layer is somewhat asymmetrical on the cold wall and the fluid at the center of enclosure remains stratified and still. The existing graphs also indicate that the turbulence intensity is higher for forced convection than natural convection. Also, the maximum turbulence intensity is greater for drilling mud than water. One of the most prominent outcomes to be named is that, under similar circumstances, the Nusselt number for water is far more than the one for drilling mud, which confirms that convection heat transfer is greater in the water than the drilling mud.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Non Newtonian Fluid
  • Mixed Convection Heat Transfer
  • Turbulence Flow
  • Square Enclosure
  • Finite Volume Method
مراجع

[1] Safaiy M. R. and Goshayeshi H. R., Numerical Simulation of Laminar and Turbulence Flow of Air: Natural & Mechanical Ventilation inside a Room, 10th REHVA world congress Clima 2010 : Sustainable Energy Use in Buildings, Antalya, Turkey, 2010.

[2] Balaji C., Hölling M. and Herwig H., A Temperature Wall Function for Turbulent Mixed Convection from Vertical, Parallel Plate Channels, International Journal of Thermal Sciences, 2007.

[3] Hsieh K. J. and Lien F. S., “Numerical Modeling of Buoyancy-Driven Turbulent Flows Enclosures”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 25, pp. 659-670, 2004.

[4] Betts P. L. and Bokhari I. H., “Experiments on Turbulent Natural Convection in an Enclosed Tall Cavity”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 21, pp. 675-683, 2000.

[5] Tian Y. S. and Karayiannis T.G., “Low Turbulence Natural Convection in an Air Filled Square Cavity”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 43, pp. 849-866, 2000.

[6] Ampofo F. and Karayiannis T. G., “Experimental benchmark data for turbulent natural convection in an air filled square cavity”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 46, pp 3551–3572, 2003.

[7] Peng S. H. and Davinson L., “Large Eddy Simulation for Turbulent Buoyant Flow in a confined cavity”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 22, pp 323-331, 2001.

[8] Omri M. and Galanis Ni., “Numerical analysis of turbulent buoyant flows in enclosures: Influence of grid and boundary conditions”, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 46, pp 727–738, 2007.

[9] Aounallah M., Addad Y., Benhamadouche S., Imine O., Adjlout L. and Laurence D., “Numerical Investigation of Turbulent Natural Convection in an Inclined Square Cavity with a Hot Wavy Wall”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 50, pp. 1683–1693, 2007.

[10] Salat J., Xin S., Joubert P., Sergent A., Penot F. and Le Quere P., “Experimental and Numerical Investigation of Turbulent Natural Convection In A Large Air-Filled Cavity”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 25, pp. 824–832, 2004.

[11] علوی س. م. ا.، مغمومی ی. و صفائی م. ر.، «جریان سیال ویسکوپلاستیک بر روی صفحه تخت»، دوازدهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران، دانشگاه صنعتی سهند، 1387.

[12] علوی س.م.ا.، مغمومی ی. و صفائی م.ر.، «تحلیل عددی جریان پایدار سیال غیرنیوتنی بر روی صفحه تخت در اعداد رینولدز متوسط به روش حجم محدود»، فصلنامه علمی- پژوهشی مکانیک مجلسی، سال اول، شماره چهارم، 33-21، 1387.

[13] Demir H. and Akyoldoz F. T., “Unsteady Thermal Convection of a Non-Newtonian Fluid”, International Journal of Engineering Science, Vol. 38, pp. 1923-1938, 2000.

[14] Kim G. B., Hyun J. M. and Kwak H. S., “Transient Buoyant Convection of a Power-Law Non-Newtonian Fluid in an Enclosure”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 46, pp. 3605–3617, 2003.

[15] Lamsaadi M., Naimi M. and Hasnaoui M., “Natural Convection Heat Transfer in Shallow Horizontal Rectangular Enclosures Uniformly Heated From the Side and Filled with Non-Newtonian Power Law Fluids”, Energy Conversion and Management, Vol. 47, pp. 2535–2551, 2006.

[16] گشایشی ح.ر.، صفایی م.ر. و مغمومی ی.، مدل‌سازی عددی انتقال حرارت جا به جایی توأم آرام و درهم ناپایا درون محفظه مستطیلی با دیواره متحرک گرم بالائی به روش حجم محدود، مجله علمی – پژوهشی مکانیک مجلسی، شماره دوم، سال سوم، 1388.

[17] صفائی م. ر.، بررسی اثر آشفتگی بر انتقال حرارت جا به جایی توأم سیالات نیوتنی و غیر نیوتنی درون محفظه‌های مستطیلی در اعداد ریچاردسون مختلف، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی – واحد مشهد، ایران، 1388.

]18] س.و. پاتانکار، ترجمه محمد مقیمان، «محاسبات عددی- کامپیوتری انتقال حرارت و حرکت سیالات»، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، چاپ سوم، 1382.