بررسي عددي و تجربي تأثير پارامترهاي هندسي يك نوسان ساز جت سيال بر نرخ انتقال حرارت صفحه داغ عمود بر آن

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

در بسياري از مطالعات گذشته به بررسي اثر پارامترهاي هندسي مختلف نوسان‌سازهاي سيال بر روي ضريب انتقال حرارت صفحه داغ برخورد شده توسط يك جت نوساني پرداخته‌اند. در اين تحقيق، از نرم افزار Ansys-Fluent، براي حل معادلات گذراي دو بعدي متوسط رينولدز ناوير-استوكس (URANS) و مدل آشفتگي k-ω (SST) استفاده شده است. همچنين، اثر پارامتر‌هاي هندسي بر نرخ انتقال حرارت صفحه داغ خنك‌شده با جت نوساني خارج شده از نوسان‌ساز سيال شبيه‌سازي شده است. برخي از اين تغييرات هندسي همانند حذف ديفيوزر خارجي، تغيير زاويه واگرايي ديفيوزر خروجي، و تغيير فاصله از گلوگاه خروجي تا صفحه داغ در اين پژوهش مورد بررسي قرار گرفته است‌. در بخش دوم پژوهش، به سبب اهميت و كاربرد نوسان‌ساز سيال در داخل پره‌هاي توربين، تأثير مقياس كردن هندسه نوسان‌ساز سيال نيز با ضرائب مقياس 33/0، 5/0 و 3/1 بررسي شده است. سه فاصله گلوگاه ديفيوزر خروجي تا صفحه و چهار زاويه واگرايي ديفيوزر خروجي در اعدا رينولدز 30،000، 60،000 و 120،000 به عنوان پارامتر‌هاي هندسي و جريان در اين پژوهش انتخاب شده‌اند. تجزيه و تحليل عددي نشان مي‌دهد كه ضريب انتقال حرارت با حذف ديفيوزر خروجي افزايش چشم‌گيري مي¬يابد، در حالي كه با افزايش نسبت فاصله و زاويه واگرايي اين مقدار كاهش مي‌يابد. نتايج بخش مقياس‌بندي هندسي نشان داد كه نوسان‌ساز سيال مقياس‌شده بالاترين ضريب انتقال حرارت را دارد، به طوري كه حداكثر عدد ناسلت براي ضريب مقياس 33/0رخ مي‌دهد. علاوه بر اين، اثر تغيير عدد رينولدز بر فركانس جت نوساني به صورت عددي براي هندسه‌هاي مقياس‌بندي شده مختلف مورد مطالعه قرار گرفت تا تعريف جديدي از عدد استروهال براي اين نوع هندسه¬ها به دست آيد. تشكيل جت نوساني با تشكيل گردابه جدايش در محفظه اختلاط مرتبط بود و مقياس طول مناسب مرتبط با فركانس نوسان تعيين شد. مطالعه صورت گرفته نشان داد كه عدد استروهال بر اساس تعريف جديد براي هندسه‌هاي مختلف مقياس شده ثابت باقي مي‌ماند. در بخش تجربي پژوهش، عملكرد انتقال حرارت يك نوسان‌ساز سيال همراه با و بدون ديفيوزر خروجي و نوسانگر سيال جديد طراحي شده، از طريق روش تجربي فسفر ترمومتري مقايسه شد. اين روش مبتني بر طول عمر است كه براي به دست آوردن ميدان دماي لحظه‌اي در طيف گسترده‌اي از دماهاي بالا استفاده مي‌شود. Mg4FGeO6:Mn به عنوان ماده حسگر انتخاب شده و با استفاده از UV-LED برانگيخته مي‌شود. براي گرفتن عكس از صفحه داغ از دوربيني با سرعت 4000 تصوير بر ثانيه استفاده شد. محدوده دمايي 25-325 درجه سانتي‌گراد براي آزمايش كاليبراسيون در نظر گرفته شد و نتايج به خوبي با داده هاي ترموكوپل مطابقت داشت. اثر دبي جرمي و نسبت فاصله گلوگاه تا صفحه برخورد شده توسط جت نوساني نوسان‌ساز سيال براي به دست آوردن عدد ناسلت بهينه مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد نوسان‌ساز جديد طراحي شده داراي اثر خنك‌كنندگي بالاتري نسبت به انواع ديگر نوسان-سازهاي سيال است. علاوه بر اين، نوسان‌ساز جديد بيشتر تحت تاثير دبي جرمي در مقايسه با دو هندسه نوسان‌ساز ديگر قرار دارد.

214812

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان

محسن دوازده امامي، علي اكبر عالم رجبي

مهدي نيلي احمدآبادي