Analisi sperimentale e numerica della convenzione naturale in una cavità quadrata riscaldata tramite sorgenti concentrate

The research carried out in recent years has focused on the effects of size and location of discrete heat sources placed on the sides of a hollow square on the convective heat transfer. The cavity, side of H, was filled with air (Pr= 0.71), heated with a thermal sources put in the enclosure vertical wall and cooled by the sidewalls. The natural convective heat transfer was studied for two differences configuration of the height and H che and height values of the thermal sources. In the first configuration three cases are investigated: Case 1 there are two identical active sources (hot and cold) on the vertical walls symmetrical position (case middle-middle, M-M). Case 2 the hot source is located in the middle of the left lateral wall while the cold sources is placed on the top of the wall (case middle- top, M-T) Case 3 the hot source is maintained in the middle of the wall while the cold sources is placed on the bottom of the wall (case middle-bottom, M-B) In the second configuration two cases are investigated: Case 4 a heat source pair is located on the left lateral wall, while the other pair is located on the right wall Case 5 the heat strips are alternately located on the sidewalls The temperature distribution in the air and the Nusselt numbers at different Rayleigh numbers on the heated strip were measured by a holographic interferometry with the double-exposure technique. The double-exposure technique was performed for the steady-state and it was used to obtain the isothermal lines in the cavity at different Rayleigh numbers. Then, only for the first configuration, a 2D particle image velocimetry (PIV) was utilized to measure the velocity fields at the same Rayleigh numbers. In particular we analysed the distribution of the velocity vectors and their modulus inside the cavity. The convective phenomenon was studied and the Nusselt numbers were presented as regards the Rayleigh numbers analysed. Moreover an experimental and a numerical correlations were determinated to connect the Rayleigh numbers with the Nusselt numbers. Only for the Case 1, 4, 5 Each measured quantity was compared with the numerical value and its distribution, obtained with the finite volume code Fluent 12.1.4. From the analysis developed has been observed that as the number of sources and reducing the size of the heat exchange increases

L’attività di ricerca svolta in questi anni si è focalizzata sugli effetti, della dimensione e della posizione, di sorgenti termiche discrete posizionate ai lati di una cavità quadrata sullo scambio termico convettivo. La cavità, di lato H, è stata riempita con aria (Pr = 0,71), riscaldata con un sorgenti termiche posizionate lungo le pareti laterali della cavità. Il trasferimento di calore per convezione naturale, è stato studiato per due differenti configurazioni ξ = H / 2 dell'altezza, dove H è l’altezza della sorgente termica e ξ = H / 4. Nella configurazione primi tre casi sono esaminati: Caso 1 ci sono due fonti attivo identico (caldo e freddo) sulla posizione verticale mura simmetriche (caso medio-mezzo, MM). Caso 2 la sorgente calda si trova al centro della parete laterale sinistra mentre le fonti freddo è posto sulla parte superiore del muro (caso medio-alto, MT) Caso 3 la sorgente calda si mantiene al centro della parete, mentre le fonti freddo è posto sul fondo della parete (caso medio-basso, MB) Nella seconda configurazione due casi sono indagati: Caso 4 un paio fonte di calore si trova sulla parete laterale sinistra, mentre l'altra coppia si trova sulla parete destra Caso 5 le sorgenti termiche sono alternativamente posizionate lungo le pareti laterali. Le distanze della sorgente termica dal pavimento della cavità per la prima configurazione sono: per il primo caso è d = 2.5cm (MM), per il secondo è d = 3,75 cm, per il terzo caso si trova a d = 1,25 centimetri. Mentre per la seconda configurazione le sorgenti termiche si trovano rispetto al lato inferiore della cavità a d = 1,425 centimetri e d = 3,575 centimetri. La distribuzione della temperatura nella cavità e il numero di Nusselt a diversi numeri di Rayleigh rispetto alla sorgente scaldante è stata misurata grazie all’interferometria olografica con la tecnica della doppia esposizione. Tale tecnica è stata eseguita per il caso stazionario ed è stato utilizzato per ottenere le linee isoterme nella cavità a diversi numeri di Rayleigh. In seguito, solo per la prima configurazione, è stata utilizzata la Particle Image Vellocimetry 2D (PIV) per misurare il campo di moto del flusso termico agli stessi numeri di Rayleigh. In particolare abbiamo analizzato la distribuzione dei vettori velocità e il loro modulo all'interno della cavità. Il fenomeno convettivo è stato studiato calcolando il numero di Nusselt in relazione al numero di Rayleigh analizzati. Per ciascuna configurazione studiata si sono ricavate correlazioni sperimentali e numeriche del numero di Nusselt per un determinato intervallo di numeri di Rayleigh. Solo per il Caso 1, 4, 5 i risultati sperimentali sono stati confrontati con il quelli numerici, ottenuti con il codice a volumi finiti, Fluente 12.1.4. Dalle analisi sviluppate si è potuto osservare che all’aumentare del numero delle sorgenti e riducendo la dimensione lo scambio termico aumenta.