Language
Country/Area
No result found
العلاقة الغامضة بين طاقة الحرارة: لماذا تعد تدفقات الحرارة والواجهات بالغة الأهمية في التصميم الهندسي؟
مع الاستخدام الواسع النطاق لتكنولوجيا الكمبيوتر، ظهر نموذج انتقال الحرارة بالحمل المترافق المعاصر، ليحل محل العلاقة التناسبية التجريبية السابقة بين تدفق الحرارة وفرق درجات الحرارة. يعتمد هذا النموذج على وصف رياضي صارم للتبادل الحراري بين جسم وسائل، وهو التفاعل الذي يحدث عندما يتفاعل الجسمان. ويتم النظر في العمليات الفيزيائية المختلفة وحلول المعادلات الحاكمة بشكل منفصل، مما يسمح بتحليل هذه المشاكل في مجالاتها الفرعية الخاصة.
تتضمن مشاكل التوصيل الحراري الطيفي المشترك تبادل الحرارة بين الأنظمة، ويمكن اعتبار هذه الواجهة بمثابة نقطة اتصال بين حالتين فيزيائيتين مختلفتين.الخلفية التاريخية في عام 1961، اقترح ثيودور إل. بيرلمان لأول مرة مشكلة التوصيل الحراري عندما يمر سائل حول جسم، ونجح في إنشاء نموذج لها، مما أدى أيضًا إلى ولادة مصطلح "مشكلة التوصيل الحراري المترافق". وقد قام بعد ذلك بتطوير هذه الطريقة مع A.V. Luikov. خلال هذه الفترة، بدأ العديد من الباحثين في استخدام أساليب مختلفة لحل المشاكل البسيطة، وذلك من خلال الجمع بين حلول الأشياء والسوائل على واجهاتها. يتضمن كتاب دورفمان حلاً مبكرًا.
بيان مشكلة الاقتران
تتكون مشكلة انتقال الحرارة بالحمل المترافق من مجموعة من المعادلات التي تعكس الاختلافات بين النظامين في مجالات الأجسام والسوائل وتتضمن الجوانب المهمة التالية:
مجال الكائن
يتضمن معادلات التوصيل المؤقتة أو المستقرة، مثل معادلات لابلاس أو بواسون، أو معادلات أحادية البعد مبسطة للأجسام الرقيقة.
المجال السائل
بالنسبة للتدفقات الصفائحية: معادلات نافير-ستوكس ومعادلة الطاقة أو المعادلات المبسطة لطبقات الحدود عند أرقام رينولدز الكبيرة والتدفق الزاحف عند أرقام رينولدز الصغيرة. بالنسبة للتدفقات المضطربة: معادلات نافير-ستوكس ذات المتوسط رينولدز ومعادلة الطاقة أو معادلات طبقة الحدود لأرقام رينولدز الكبيرة.
الحدود الأولية والشروط المترافقة
تحدد هذه الظروف التوزيع المكاني للمتغيرات في المعادلات الديناميكية والحرارية في الوقت الأولي، بما في ذلك حالة عدم الانزلاق وغيرها من الظروف الديناميكية المستخدمة بشكل شائع. تتطلب الحالة المترافقة الحفاظ على استمرارية المجال الحراري عند واجهة الجسم/السائل، أي يجب أن تكون درجة الحرارة وتدفق الحرارة للجسم والسائل بالقرب من الواجهة متساويين: T(+) = T(-)، q(+) = q(-).
الحل
الأساليب العددية
إحدى الطرق لتحقيق الاقتران هي من خلال التكرار. كل محلول لجسم أو سائل يولد شروط حدودية لمكون آخر. يتم تكرار هذه العملية بالتناوب تحت ظروف حدودية مختلفة حتى تتقارب في النهاية.
الطريقة التحليلية
من خلال الجمع بين حل معادلة التوصيل مع تكامل دوهاميل، يمكن تحويل مشكلة الاقتران إلى معادلة التوصيل الحراري باستخدام الكائن فقط، مما يوسع نطاق المشكلة ليشمل أنواع تدفق مختلفة، وتدرجات الضغط، والتغيرات غير المستقرة في درجات الحرارة.
نطاق التطبيق
من الأمثلة البسيطة في ستينيات القرن العشرين، تطورت طرق نقل الحرارة المترافقة إلى أدوات قوية لمحاكاة ودراسة مجموعة واسعة من الظواهر الطبيعية والأنظمة الهندسية، بدءًا من الفضاء والمفاعلات النووية إلى العمليات المعقدة مثل المعالجة الحرارية وتجهيز الأغذية. يتمتع هذا النهج بمجموعة واسعة من التطبيقات وقد تم تأكيده وتوسيعه في الأدبيات في السنوات الأخيرة.
لقد تم التحقق من التطبيق الواسع لطريقة الاقتران في حالات حقيقية في العديد من المجالات وأصبحت جزءًا لا غنى عنه في التصميم الهندسي.
مع تقدم التكنولوجيا وتغير الاحتياجات، كيف سنستخدم هذه الاتصالات الحرارية لدفع حدود التصميم الهندسي في المستقبل؟
