بررسی اثر حفره‌بندی بلوک بر میزان انتقال حرارت با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی

در این مطالعه، اثر اندازه و تعداد حفره‌های بلوک بتنی سبک وزن بر میزان اتلاف حرارت با استفاده از شبیه‌سازی عددی مورد بررسی قرار گرفت. به‌منظور به حداقل رساندن ساده‌سازی‌ها، انتقال حرارت ترکیبی جابجایی و تشعشع در حفره‌های بلوک که در آن‌ها هوا محبوس شده است بکار گرفته شده است. همچنین در جداره بلوک انتقال حرارت هدایت در نظر گرفته شد. جهت بررسی نحوه قرارگیری حفره‌های هوا در بلوک، دو قید هندسی در طراحی آن‌ها اعمال شد که درنتیجه آن 22 پیکربندی ممکن به دست آمد که در آن‌ها می‌بایستی حداقل دو و حداکثر نه حفره هوا وجود داشته باشد. به‌منظور شبیه‌سازی جریان و انتقال حرارت از روش دینامیک سیالات محاسباتی مبتنی بر روش حجم کنترل محدود استفاده گردید. انتقال حرارت طبیعی سه‌بعدی به‌صورت پایا با جریان آرام و تراکم ناپذیر در محفظه‌ها در نظر گرفته شد. به‌منظور بررسی و مقایسه عملکرد حرارتی بلوک‌ها، ضریب هدایت معادل تعیین و نتایج به‌صورت کانتورهای دما و سرعت ارائه گردیدند و درنهایت بهینه‌ترین پیکربندی‌های حفره‌های هوا از دیدگاه انتقال حرارت معرفی شدند. نتایج نشان می‌دهد که نحوه قرارگیری و اندازه حفره‌ها تاثیر قابل توجهی در نرخ انتقال حرارت دارد. همچنین لحاظ کردن انتقال حرارت تشعشعی در حفره‌ها بسیار با اهمیت می‌باشد.

Investigation of the effect of cavity insertion in brick on heat transfer through using computational fluid dynamic simulation

In this study, heat loss through light weight concrete bricks as a function of the size and number of bricks’ cavities was examined via numerical simulation. To minimize the simplifications, conjugate convection and radiation heat transfer within the brick’s cavities filled with air was considered. Also, in the solid of the brick, conduction heat transfer was taken into account. To assess the orientation of the cavities in the brick, two geometrical constrains were employed in the design of the bricks leading to 22 different layouts for which there should be at least two cavities and at most nine enclosures inside a brick. Computational fluid dynamic approaches based on finite volume method were used for the simulations. 3D natural heat transfer with incompressible laminar flow was assumed in the cavities under steady state conditions. To analyze and compare the results in terms of thermal characteristics, the equivalent coefficient of conduction heat transfer was defined. Also, the results were presented with isotherms and velocity contours. Finally, the best configurations of air cavities in the view point of heat transfer were found. The results demonstrate that the configuration and size of the cavities have profound impact on the rate of heat transfer. Also, considering radiation heat transfer in the cavities is rather important.