بررسي عددي انتقال حرارت جابه‌جايي تركيبي از يك سيلندر سه‌بعدي با مقطع مربعي در اعداد ريچاردسون مختلف

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

بررسي انتقال حرارت جابه‌جايي تركيبي از اجسام جريان بند، به‌خصوص در سيلندرها، در بسياري از كاربردهاي مهندسي مانند خنك‌كاري قطعات الكترونيكي اهميت دارد. در اين پژوهش، شبيه‌سازي انتقال حرارت جابه‌جايي تركيبي از يك سيلندر با مقطع مربعي سه‌بعدي متصل به كف، انجام شد. اين شبيه‌سازي‌ها در محدوده اعداد ريچاردسون 0 تا 2 و در اعداد رينولدز 40 تا 100 براي نسبت منظري 1 تا 4، براي سيال هوا با عدد پرانتل 7/0 صورت گرفت. شبيه‌سازي‌ها براي دو حالت جابه‌جايي تركيبي با جهت شناوري متقاطع و موافق با جريان اجباري انجام و تأثير عدد ريچاردسون، نسبت منظري و عدد رينولدز بر ساختار جريان، ميزان انتقال حرارت و همچنين نيروهاي اعمالي به جسم موردمطالعه قرار گرفت. همچنين جابه‌جايي آزاد در دو جهت شناوري نام‌برده و جابه‌جايي اجباري نيز مورد مقايسه و بررسي قرار گرفتند. شبيه‌سازي‌ها در حالت سه‌بعدي، خواص ترموفيزيكي ثابت، جريان آرام و دائم، بدون درنظرگرفتن چشمه حجمي حرارتي در سيال و با ناديده‌گرفتن اثرات استهلاك ويسكوز با استفاده از تقريب بوزينسك در نرم‌افزار انسيس فلوئنت انجام شد. اين بررسي نشان مي دهد كه اندازه دامنه محاسباتي تأثير مهمي بر نتايج دارد. نتايج اين پژوهش نشان داد كه در حضور نيروي شناوري، ساختار و الگوي جريان تحت تأثير قرار گرفته و بر خلاف جابه‌جايي اجباري، ساختار گردابه ها در ناحيه ويك سيلندر بشدت تحت تأثير اختلاف دما يا به عبارتي عدد ريچاردسون مي باشد. در حضور نيروي شناوري موافق با جريان اجباري، ضريب نيرو در راستاي محورهاي x و y در مقايسه با نيروي شناوري متقاطع، به ترتيب افزايش و كاهش مي‌يابد. در حالت كلي، ضريب نيروي كل براي شناوري موافق، مقداري بزرگتر نسبت به شناوري متقاطع است (به عنوان مثال براي عدد ريچاردسون 2، نسبت منظري4 و عدد رينولدز 100، ضريب نيروي كل حدود 30 درصد در شناوري موافق نسبت به شناوري متقاطع افزايش مي يابد). ميزان انتقال حرارت سيلندر براي جابه‌جايي تركيبي متقاطع و موافق با جريان، حدودا به يك ميزان بوده با اين تفاوت كه در جابه‌جايي با شناوري متقاطع، سطح پشتي سيلندر و در جابه‌جايي با شناوري موافق، سطوح جانبي و بالايي سيلندر نقش بسزايي در انتقال حرارت از سيلندر را ايفا مي كنند. همچنين در نسبت منظري و عدد رينولدز ثابت، با افزايش عدد ريچاردسون، ضرايب نيرو در راستاي محور x و y و همچنين عدد ناسلت كل سيلندر براي هر دو جهت شناوري، افزايش مي يابند. اين در حالي است كه در عدد ريچاردسون و نسبت منظري ثابت، با افزايش عدد رينولدز ضرايب نيرو در راستاي محورهاي x و y در هر دو جهت شناوري روندي كاهشي اما عدد ناسلت روندي افزايشي دارند.

234553

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان