شبيه‌سازي عددي انتقال حرارت جابه‌جايي تركيبي از دو سيلندر مربعي پشت سرهم در فاصله بين سيلندري مختلف

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

انتقال حرارت جابه‌جايي تركيبي پيرامون اجسام، در بسياري از سيستم‌هاي مهندسي نظير خنك‌كاري قطعات الكترونيكي نقش به‌سزايي دارد. در اين تحقيق، جريان سيال و انتقال حرارت ناشي از دو سيلندر مربعي پشت سرهم به‌صورت عددي شبيه‌سازي گرديد. شبيه سازي ها در بازه‌اي از اعداد ريچاردسون بين 0 تا 2 و براي اعداد رينولدز 40 و150، با نسبت فاصله‌ي بين سيلندري 1 تا 4 و سيال هوا با عدد پرانتل 7/0 انجام شد. تحليل‌ها در دو پيكربندي براي جريان دائم (عدد رينولدز40) و جريان غيردائم (عدد رينولدز150) شامل جابه‌جايي تركيبي با حالت شناوري هم‌جهت و متقاطع با جريان اجباري صورت گرفت و اثر تغييرات عدد ريچاردسون، نسبت فاصله‌ي بين سيلندري و عدد رينولدز بر ساختار ميدان جريان، نرخ انتقال حرارت و نيروهاي وارد بر سيلندر بررسي گرديد. علاوه بر اين، رفتار جابه‌جايي آزاد و اجباري به‌منظور مقايسه و تحليل جامع‌تر مورد مطالعه قرار گرفتند. شبيه‌سازي‌ها در حالت دوبعدي، با فرض خواص ترموفيزيكي ثابت، بدون درنظرگرفتن منبع حرارتي حجمي در سيال و با صرف‌نظر از اثرات استهلاك ويسكوز، بر اساس تقريب بوزينسك و در نرم‌افزار انسيس فلوئنت انجام شد. حل عددي براي عدد رينولدز 40 به‌صورت پايا و براي عدد رينولدز 150 به‌صورت ناپايا صورت گرفت. بررسي حاضر نشان مي‌دهد كه ابعاد دامنه محاسباتي نقش قابل توجهي در نتايج نهايي دارند. يافته‌ها حاكي از آن است كه در حضور نيروي شناوري، الگوي جريان و ساختار گردابه‌ها دست‌خوش تغيير شده و برخلاف حالت جابه‌جايي اجباري، رفتار گردابه‌ها در ناحيه پشت سيلندرها به مقدار عدد ريچاردسون شديدا وابسته است. نتايج نشان داد كه در عدد رينولدز 40 براي همه اعداد ريچاردسون بررسي شده شامل جابجايي اجباري و تركيبي جريان سيال از نوع دائم باقي مي‌ماند در حالي كه در عدد رينولدز 150 در جابه‌جايي اجباري و تركيبي متقاطع، جريان غيردائم امادر حالت شناوري كمكي، نوسانات جريان مستهلك و جريان دائم مي‌شود. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان مي‌دهد كه در عدد رينولدز 150، با افزايش عدد ريچاردسون، عدد ناسلت هر دو سيلندر در هر دو حالت شناوري متقاطع و كمكي نسبت به جابجايي اجباري افزايش مي‌يابد. همچنين در تمامي مقادير عدد ريچاردسون در شناوري متقاطع، مقدار عدد ناسلت سيلندر اول از سيلندر دوم بيشتر است. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان مي‌دهد كه در عدد رينولدز 150در جهت شناوري كمكي، در بازه‌ي عدد ريچاردسون بين 5/0 تا 2، مقدار ضريب درگ متوسط با افزايش عدد ريچاردسون براي هر دو سيلندر افزايش مي‌يابد به‌طوري كه براي سيلندر اول در تمامي اعداد ريچاردسون كمتر از حالت جابه‌جايي اجباري باقي مي‌ماند و براي سيلندر دوم، با افزايش عدد ريچاردسون، ضريب درگ متوسط به‌تدريج افزايش يافته و از مقدار متناظر در جابه‌جايي اجباري فراتر مي‌رود. مثلا اين افزايش در عدد ريچاردسون 2 و فاصله‌ي 4 حالت شناوري كمكي براي سيلندر دوم، باعث افرايش 2/2 برابري ضريب درگ متوسط نسبت به حالت جابه‌جايي اجباري مي‌شود. در جهت شناوري متقاطع نيز با افزايش عدد ريچاردسون مابين 5/0 تا 2، ضريب درگ متوسط براي هر دو سيلندر افزايش مي‌يابد به‌گونه‌اي كه در تمام مقادير اعداد ريچاردسون، ضريب درگ متوسط هر دو سيلندر كمتر از حالت جابه‌جايي اجباري است.

236498

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان