بهبود روش آنتالپی-تخلخل جهت مدل سازی انجماد آب و پیش بینی مرز متحرک جامد تحت تاثیر انتقال حرارت جابه جایی طبیعی در یک حفره

تشکیل یخ بر روی سطحی جامد که دمای آن پایین تر از دمای انجماد آب است و همچنین شکل مرز یخ، اثرات مهمی در مسائل مختلف داشته و تعیین موقعیت مرز یخ در طول زمان و تاثیر جریان فاز مایع بر شکل مرز یخ از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. حل تحلیلی برای این پدیده پیچیده و گذرا غیر ممکن می باشد و همچنین ابزار آزمایشگاهی پرهزینه برای شناخت فرآیند تشکیل یخ لازم است. روش آنتالپی-تخلخل به طور معمول برای شبیه سازی عددی فرآیند انجماد مواد با خواص ترموفیزیکی مشابه در دو فاز مایع و جامد استفاده می شود. در این پژوهش با توجه به تغییرات عمده خواص ترموفیزیکی آب در هنگام تشکیل یخ، روش مذکور با تعریف و اعمال توابعی برحسب خواص ترموفیزیکی و ایجاد تابعی پیوسته برای تبیین کسر حجمی مایع، توسعه و بهبود داده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی با این روش پیشنهادی، برای مسئله انجماد آب مایع در داخل یک حفره با نتایج موجود تجربی و عددی قبلی مقایسه شده است. مشاهده نتایج در الگوی دقیق تشکیل دو گردابه و عمود ماندن مرز فاز جامد بر دیواره پایینی در فرآیند رشد یخ، موفقیت مدل مذکور را در مقایسه با تحقیقات مشابه تایید می کند. همچنین مقایسه نتایج نشان دهنده پیش بینی بهتر شکل مرز جامد و بهبود متوسط مقادیر حاصل به میزان ۴% نسبت به شبیه سازی های عددی اخیر می باشد.

کلیدواژه ها:

تغییر فاز با جابه جایی طبیعی ، مرز یخ ، روش آنتالپی- تخلخل ، انجماد آب