مدل‌سازی مزوسکوپیک چگالش قطره‌ای تحت ناپایداری هانتینگ: رویکرد شبکه بولتزمن مبتنی بر مدل شبه‌پتانسیل

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک ، واحد شیراز ، دانشگاه آزاد اسلامی ، شیراز ، ایران
2 گروه مهندسی مکانیک ، واحد شیراز ، دانشگاه آزاد شیراز ، شیراز ، ایران
3 گروه مهندسی مکانیک ، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی ، شیراز ، ایران
چکیده
چگالش قطره‌ای یکی از کارآمدترین سازوکارهای انتقال حرارت در سامانه‌های تبرید، تهویه مطبوع و مبدل‌های حرارتی است و به دلیل نقش آن در افزایش شار حرارتی و بهبود عملکرد انرژی، بررسی رفتار آن در شرایط واقعی بهره‌برداری اهمیت ویژه‌ای دارد. با وجود این، ناپایداری‌های دینامیکی در چرخه تبرید، به‌ویژه پدیده هانتینگ در شیر انبساط، می‌تواند با ایجاد نوسانات متناوب در شرایط حرارتی سطح، فرایند چگالش را از حالت پایا خارج کرده و موجب کاهش بازده انتقال حرارت شود. هدف این پژوهش، بررسی اثر این نوسانات بر دینامیک چگالش قطره‌ای روی یک استوانه افقی است. برای این منظور، فرایند چگالش با استفاده از یک مدل مزوسکوپیک مبتنی بر روش شبکه بولتزمن و با در نظر گرفتن برهم‌کنش فازهای مایع و بخار شبیه‌سازی شد و میدان دما و انتقال حرارت نیز به‌صورت هم‌زمان در مدل لحاظ گردید. نتایج نشان داد که نوسانات ناشی از هانتینگ با تغییر تناوبی میزان فوق‌سردشدگی سطح، توزیع مکانی و زمانی جوانه‌زنی، رشد و تجمع قطرات را به‌طور محسوسی دگرگون می‌کند. همچنین مشخص شد که دامنه و فرکانس نوسانات، نقش تعیین‌کننده‌ای در ناهمگنی توزیع مایع چگالیده و تغییرات مقاومت حرارتی موضعی دارند. بر پایه نتایج عددی، این نوسانات سبب تغییرات شبه‌سینوسی در ضریب انتقال حرارت با دامنه‌ای در حدود 12.5 درصد نسبت به حالت پایدار شد و نرخ تجمع مایع در بخش پایینی استوانه نیز تحت تأثیر هم‌زمان گرانش و لایه مرزی حرارتی، حدود 2.6 برابر بیشتر از بخش بالایی به دست آمد. این یافته‌ها می‌تواند مبنایی برای طراحی پایدارتر سامانه‌های حرارتی در شرایط کاری ناپایدار فراهم آورد
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Mesoscopic Modeling of Dropwise Condensation under Hunting Instability: A Lattice Boltzmann Approach Based on the Pseudopotential Model

نویسندگان English

Ali Reza Tahavvor 1
Mohammad Reza Heidariniya 2
Mohammad Mehdi Tavakol 3
1 Department of Mechanical Engineering, Shi.C.,Islamic Azad University, Shiraz, Iran
2 Department of Mechanical Engineering,Shi.C.,Islamic Azad University,Shiraz,Iran
3 Department of Mechanical Engineering , Shi.c., Islamic Azad University, Shiraz, Iran
چکیده English

Dropwise condensation is one of the most effective heat transfer mechanisms in refrigeration systems, air-conditioning units, and heat exchangers. Because of its significant role in enhancing heat flux and improving energy performance, understanding its behavior under realistic operating conditions is essential. However, dynamic instabilities in refrigeration cycles, particularly the hunting phenomenon in expansion valves, can generate periodic fluctuations in surface thermal conditions, disrupt steady condensation, and reduce heat transfer efficiency. This study investigates the influence of such oscillations on the dynamics of dropwise condensation over a horizontal cylinder. For this purpose, the condensation process was simulated using a mesoscopic framework based on the lattice Boltzmann method, in which liquid-vapor interactions were represented through a pseudopotential approach, while the temperature field and coupled heat transfer were simultaneously resolved. The results indicate that hunting-induced oscillations, by periodically modifying surface subcooling, significantly alter droplet nucleation, growth, coalescence, and liquid accumulation. It was further observed that the oscillation amplitude and frequency strongly affect the nonuniform distribution of condensed liquid and the variation of local thermal resistance over the cylinder surface. Quantitatively, the heat transfer coefficient exhibited quasi-sinusoidal fluctuations with an amplitude of about 12.5% relative to the steady-state condition. In addition, the liquid accumulation rate in the lower section of the cylinder was approximately 2.6 times that of the upper section because of the combined influence of gravity and the thermal boundary layer. These findings provide a useful basis for the stable design of thermal systems operating under unsteady conditions.

کلیدواژه‌ها English

Dropwise condensation'
Lattice Boltzmann method'
Hunting instability'
Horizontal cylinder'
,'
Shan-Chen multiphase mode

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 07 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 05 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 29 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 07 شهریور 1405
  • تاریخ اولین انتشار 07 شهریور 1405
  • تاریخ انتشار 07 شهریور 1405