شبیه سازی عددی تأثیرات تولیدکننده گردابه بر افزایش انتقال حرارت سیالات غیر نیوتنی در کانال مربعی

شبیه سازی عددی تأثیرات تولیدکننده گردابه بر افزایش انتقال حرارت سیالات غیر نیوتنی در کانال مربعی
نوع فایل: word (قابل ویرایش)
تعداد صفحات : 165 صفحه

چکیده
دستیابی به نرخهای بالاتر انتقال حرارت با استفاده از تکنیکهای مختلف که میتواند منتج به ذخیره میزان قابل توجه انرژی شده و همچنین منجر به تولید دستگاههای فشرده‌تر و ارزانتر همراه با بازدهی حرارتی بیشتر شود مورد توجه محققین قرار گرفته‌است. تولید گردابه یکی از بهترین روشهایی است که برای افزایش انتقال حرارت بهکارگرفته میشود. در سالهای اخیر به علت کاربرد گسترده سیالات غیرنیوتنی در شیمی، داروسازی، پتروشیمی، صنایع غذایی و صنایع الکترونیکی، این گروه از سیالات توجه ویژه‌ای را به خود جلب کرده‌اند. با توجه به اهمیت سیالات غیرنیوتنی در صنعت، و به منظور افزایش کارایی در بالا بردن انتقال حرارت، این بررسی برای سیالات غیرنیوتنی انجام شده‌است.
در تحقیق حاضر، ابتدا ساختار جریان و انتقال حرارت از دو سیلندر مربعی پشت سرهم در معرض یک سیال غیرنیوتنی با مدل پاورلا به صورت دوبعدی، و سپس رفتار جریان و انتقال حرارت از یک جفت تولید کننده گردابه در یک کانال مربعی به صورت سه بعدی و با استفاده از روش حجم محدود و الگوریتم SIMPLEC به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این تحقیق، جریان سیال غیرنیوتنی تراکم ناپذیر و آرام در محدوده اعداد رینولدز ۵۰۰ Re 50 بررسی شده‌است. عدد پرانتل برابر با ۵۰ در نظر گرفته شده‌است. همچنین تأثیر اندیس پاورلا بر رفتار جریان و انتقال حرارت در محدوده ۸/۱ 6/0 مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق در حالت دوبعدی تأثیر زاویه انحراف سیلندرها از جریان اصلی و نیز فاصله بین سیلندرها، و در حالت سه بعدی تأثیر ارتفاع تولیدکننده‌های گردابه بر رفتار جریان و انتقال حرارت بررسی شدند. نتایج به دست آمده در حالت دو بعدی شامل ضرایب درگ و لیفت، ضریب فشار و عدد ناسلت بر روی وجوه سیلندرها می‌باشد. در حالت سه بعدی ضرایب فشار و اصطکاک روی دیواره‌های کانال، دمای بالک ( )، فاکتور کولبرن، عدد ناسلت و در نهایت پارامتر JF به عنوان ضریب عملکرد حرارتی به عنوان مقیاسی برای عملکرد کانال در حالت با و بدون تولیدکننده گردابه به دست آمد.
نتایج مسئله دوبعدی نشان داد که با افزایش اندیس پاورلا و کاهش زاویه انحراف سیلندرها و همچنین کاهش فاصله بین سیلندری عدد استروهال کاهش می‌یابد. با کاهش اندیس پاورلا و نیز با افرایش فاصله بین سیلندری عدد ناسلت کلی روی وجوه هردو سیلندر افزایش می‌یابد.
همچنین در حالت سه‌بعدی نتیجه شد که سیالات شبه پلاستیک نسبت به دیگر سیالات در افزایش ضریب عملکرد کلی کانال به طور مؤثرتری عمل می‌کنند. همچنین کاهش ارتفاع تولید کننده گردابه عملکرد کلی کانال را افزایش می‌دهد.
کلید واژه:گردابه-انتقال حرارت سیالات غیر نیوتنی

فصل اول 1
مقدمه 1
۱-۱ لایه مرزی 1
۱-۲ تبدیل جریان آرام به آشفته 2
۱-۳ جدایی جریان 3
۱-۴ روش‌های افزایش انتقال حرارت 4
۱-۵ گردابه 5
۱-۶ ریزش گردابه 5
۱-۷ تولید کننده‌های گردابه 7
۱-۸ کاربردهای تولیدکننده گردابه 8
۱-۹ سیالات غیر نیوتنی 9
۱-۹-۱ سیال مستقل از زمان 10
۱-۹-۱-۱ سیالات شبه پلاستیک 11
۱-۹-۱-۲ سیال ویسکوپلاستیک 15
۱-۹-۱-۳ سیالات دایلاتنت 18
۱-۹-۲ سیال وابسته به زمان 18
۱-۱۰جمع بندی 19
بررسی و مرور تحقیقات گذشته 20
۲-۱مقدمه 20
۲-۲تحقیقات انجام شده برای سیالات نیوتنی 20
۲-۳تحقیقات انجام شده برای سیالات غیرنیوتنی 27
۲- ۴جمع بندی 39
فصل سوم 40
تعریف مسئله و روش حل 40
۳-۱هندسه مسئله دو بعدی 40
۳-۲ هندسه مسئله سه بعدی 42
۳-۳ معادلات حاکم در جریان آرام 44
۳-۴ روش حل معادلات 45
۳-۴-۱گسسته‌سازی معادلات حاکم 46
۳-۴-۲جمله جابجایی 47
۳-۴-۲-۱طرح اختلاف مرکزی 48
۳-۴-۲-۲طرح اختلاف بالادست 48
۳-۴-۲-۳طرح اختلاف پیوندی 49
۳-۴-۲-۴طرح اختلاف بالادست مرتبه دوم(QUICK) 50
۳-۴-۲-۵ طرح اختلاف CHARM 50
۳-۴-۳ ترم نفوذ 51
۳-۵ الگوریتم حل سرعت-فشار 51
۳-۶ درونیابی ری-چو 54
۳-۷ گسسته سازی زمانی 55
۳-۸ روند حل عددی 55
۳-۹ شرایط مرزی 56
۳-۹-۱ شرط مرزی ورودی 56
۳-۹-۲شرط مرزی خروجی 56
۳-۹-۳شرط مرزی دیواره 57
۳-۱۰ نحوه شبکه بندی 57
فصل چهارم 60
تجزیه و تحلیل نتایج 60
۴-۱ مقدمه 60
۴-۲ نتایج مسئله دوبعدی 60
۴-۲-۱ بررسی شبکه 60
۴-۲-۲ اعتبار سنجی نتایج 61
۴-۲-۳ ارائه و تحلیل نتایج 63
۴-۲-۴ بررسی تأثیر فاصله بین سیلندری در افزایش انتقال حرارت و ساختار جریان 99
۴-۳ نتایج مسئله سه بعدی 116
۴-۳-۱ بررسی شبکه 117
۴-۳-۲ ارائه و تحلیل نتایج 118
۴-۳-۳ تأثیر ارتفاع تولید کننده گردابه بر ساختار جریان و انتقال حرارت 133
۴-۴ جمع بندی، نتیجه گیری و پیشنهادات 141
منابع و مآخذ 143