Study of thermal natural convection and mass transfer in an open cavity

Abstract

يتم

اعتماد نقل الحرارة والكتلة في العديد من الأنظمة على نطاق واسع باستخدام الحمل الحراري الطبيعي نظرًا لتكلفته المنخفضة وموثوقيته وسهولة دعمه. تشمل التطبيقات النموذجية آليات مختلفة في مجالات شتى مثل: أنظمة الطاقة الشمسية ، المقطر الشمسي ، التبريد والتكييف ، التجفيف إلخ ... في هذا السياق ، قمنا بتطوير دراسة رقمية للحمل الحراري الطبيعي في تجويف مفتوح (الجانب العلوي) مع فتحة يدور فيها الهواء الرطب (من خلالها) ، ويتعرض الجانبان الرأسيان لتدفق حراري ثابت (Q) و الجانب السفلي ثابت الحرارة. وباستخدام البرمجية التجارية CFD FLUENT تمحل المعادلات التي تدير ظاهرتنا (انتقال الحرارة والكتلة) ، و تحليل تأثيرات أرقامرايليالمحصورة من( 106الى1013 ) على الحمل الحراري الطبيعي وسلوك التدفق الكتلي. أظهرت النتائج تحسنًا طفيفا في معدلات انتقال الكتلة والحرارة بالقرب من الجدران الرأسية. كما تبين أن التجويف الذي يحتوي على نسبة عرض إلى ارتفاع (AR = 2) معزز جيد لرفع معدلات انتقال الحرارة، عندما يزداد رقم رايلي، وهذا راجع لمعدلات تدفق السائل التي تصبح أكثر قوة. ومع ذلك ، يتحسن انتقال الكتلة مع انخفاض عدد رايلي L e transfert de chaleur et de masse dans de nombreux systèmes est largement réalisé en appliquant un processus de convection naturelle en raison de leur faible coût, de leur fiabilité et de leur support facile. Les applications typiques incluent différents mécanismes dans divers domaines tels que (énergie solaire, distillateur solaire, refroidissement, séchage, etc.). Dans ce contexte, nous avons élaboré une étude numérique de la convection naturelle dans une cavité ouverte (cote supérieur) présentant une ouverture dans laquelle circule un air humide (à travers celle-ci) et les deux cotés verticaux sont soumis à un flux de chaleur constant (q) et le coté inferieur est adiabatique. En utilisant un code commercial CFD (fluent) pour résoudre les équations gérant notre phénomène (transfert de chaleur et de masse), les effets des nombres de Rayleigh (106Ra1013) sur la convection naturelle et le comportement du débit massique sont analysés. Les résultats ont révélé une amélioration significative des taux de transfert de masse et de chaleur près des parois verticales, et ont montré que la cavité avec un rapport d'aspect de AR = 2 a une amélioration significative pour augmenter les taux de transfert de chaleur, c’est le nombre de Rayleigh augmente, des taux de transfert de chaleur maximums ont été observés en raison du flux d’écoulement du fluide qui devient plus vigoureux. Cependant, le transfert de masse s'améliore à mesure que le nombre de Rayleigh diminue H eat and mass transfer in many systems is largely achieved by applying a natural convection process due to their low cost, reliability, and easy support. Typical applications include different mechanisms in various fields such as (solar energy, solar still, cooling, drying, etc.).In this context, we have developed a digital study of natural convection in an open cavity (upper side) with an opening in which humid air circulates (through it), the two vertical sides are subjected to a constant heat flow (q) and the lower side is adiabatic. Using a commercial CFD (fluent) code to solve the equations managing our phenomenon (heat and mass transfer), the effects of Rayleigh numbers (106Ra1013) on natural convection and mass flow behavior are analyzed.The results revealed a significant improvement in the rates of mass and heat transfer near vertical walls, and showed that the cavity with an aspect ratio of AR = 2 has a significant improvement in increasing the rates of heat transfer, that is, the Rayleigh number increases, maximum heat transfer rates have been observed due to the flow of the fluid becoming more vigorous. However, the mass transfer improves as the Rayleigh number decreases. .