%41تخفیف

تحلیل عددی ناپایداری کلوین هلمهولتز در فصل مشترک جریان های دو فازی

تعداد 89 صفحه  درword

کارشناسی ارشد”M.Sc.

رشته مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی

تحلیل عددی ناپایداری کلوین هلمهولتز در فصل مشترک جریان های دو فازی

چکیده

در تحقیق حاضر، ناپایداری کلوین- هلمهولتز که یک ناپایداری فیزیکی در جریان دو فازی لایه ای آب- هوا می باشد، در کانالهای افقی به روش عددی مدلسازی شده است. جریان های دو فاز آرام فرض شده اند و شرایط مرزی بعد از یک طول موج مشخص بصورت تناوبی در نظر گرفته شده است. یک اغتشاش اولیه در فصل مشترک دو فاز لحاظ شده است و اثر پارامتر افزایش سرعت فاز گاز بر روی افزایش رشد موج بررسی شده است. برای حل عددی از مدل بدون فشار استفاده شده است. برای شبیه سازی مدل از روش های عددی تفاضل مرکزی که برای حل جریان شاک استفاده می شود الگو گرفته شده و به منظور راستی آزمایی روش ها در چندین مسئله نمونه، ابتدا روش های عددی را برای یک جریان تک فاز بررسی نموده و در گام بعدی این روش ها را برای جریان دو فاز تعمیم داده شده است. در نهایت، روش FORCE به علت دقت بالا نسبت به دیگر روش های تفاضل مرکزی برای بدست آوردن فاکتور حد ناپایداری موج بکار برده شده است. نتایج مدلسازی با روابط تئوری- تجربی مقایسه شده اند و تطابق بسیار نزدیکی وجود دارد.

کلمات کلیدی: جریان دو فازی لایه ای، ناپایداری کلوین هلمهولتز، مدل دو سیالی بدون فشار (PFM)، حل عددی، کانال افقی.

 

 

فهرست مطالب

عنوان

 

 صفحه

چکیده……………………………………. 1

فصل اول: مروری بر جریان های دو فاز و بیشینه تحقیق

1-1 ضرورت مطالعه جریان های دو فازی………….. 3

1-2 رژیم های جریان دو فازی در لوله های افقی….. 4

     1-2-1 جریان لایه ای……………………. 4

     1-2-2 جريان موجی……………………… 5

     1-2-3 جريان اسلاگ……………………… 5

     1-2-4 جريان توپی……………………… 5

     1-2-5 جريان حبابی…………………….. 5

     1-2-6 جريان حلقوي…………………….. 5

1-4 ناپایداری کلوین- هلمهولتز………………. 6

1-3 مدل های جریان دو فازی………………….. 8

     1-3-1 مدل هموژن پایدار………………… 8

     1-3-2 مدل شار رانشی…………………… 10

     1-3-3 مدل دو سیالی……………………. 12

عنوان

 

 صفحه

1-5 مروری بر مطالعات انجام شده……………… 14

     1-5-1 تحقیقات انجام شده توسط هن کاکس و همکاران او   14

     1-5-2 تحقیقات انجام شده توسط رنسوم و هیکس.. 15

     1-5-4 تحقیقات انجام شده توسط عیسی و کمپف… 15

     1-5-5 تحقیقات انجام شده توسط لیائو و همکارانش   16

     1-5-6 تحقیقات انجام شده توسط صلحی و همکارانش… 17

     1-5-7 مروری بر تحقیقات انجام شده در ایران.. 18

1-6 ساختار پایان نامه……………………… 20

فصل دوم: مدل های دو سیالی و آنالیز هیپربولیکی مدل PFM

2-1 مقدمه………………………………… 23

2-2 استخراج معادلات بقای مدل دو سیالی………… 24

2-3 فرمول بندی مدل‍های دو سیالی جریان دو فازی…. 26

     2-3-1 PFM……………………………. 26

     2-3-2 SPM……………………………. 28

     2-3-3 TPM…………………………… 33

2-4 تحلیل هیپربولیکی مدل PFM………………. 34

عنوان

 

 صفحه

     2-4-1 شرط هیپربولیکی………………….. 38

     2-4-2 مقادیر مشخصه……………………. 38

2-5 جمع‍بندی………………………………. 38

فصل سوم: روش های حل عددی

3-1 مقدمه………………………………… 40

3-2 فرمولاسیون و جداسازی معادلات……………… 40

     3-2-1 فرمولاسیون کلی…………………… 40

     3-2-2 جداسازی معادلات………………….. 41

3-3 روشهای محاسبه ترم فلاکس عددی…………….. 42

     3-3-1 روش لاکس – فریدریچز………………. 43

     3-3-2 روش ریچمایر…………………….. 43

     3-3-4 روش FORCE……………………… 43

3-5 محاسبه گام زمانی………………………. 44

3-6 شرایط مرزی……………………………. 44

3-7 جمع‍بندی………………………………. 45

عنوان

 

 صفحه

فصل چهارم: بررسی ناپایداری کلوین-هلمهولتز با استفاده از مدل PFM

4-1 مقدمه………………………………… 48

4-2 تعریف مسئله…………………………… 48

4-3 معادلات حاکم…………………………… 49

4-3 شرایط مرزی و اولیه فیزیک مسئله………….. 49

     4-3-1 شرایط مرزی……………………… 50

     4-3-2 شرایط اولیه…………………….. 51

4-7 جمع بندی……………………………… 52

فصل پنجم: ارائه نتایج، بحث و نتیجه گیری

5-1 مقدمه………………………………… 54

5-2 نتایج عددی جریان تک فاز………………… 54

     5-2-1 مدل برگرز غیرلزج………………… 54

           5-2-1-1 معادله برگرز…………….. 54

           5-2-1-2 حل تحلیلی معادله برگرز غیر لزج 55

           5-2-1-3 نتایج عددی مدل برگرز غیرلزج.. 56

     5-2-2 مدل آب کم عمق…………………… 59

عنوان

 

 صفحه

           5-2-2-1 معادله آب کم عمق…………. 59

           5-2-2-2 حل تحلیلی آب کم عمق………. 59

           5-2-2-3 نتایج عددی مدل آب کم عمق….. 61

5-3 نتایج عددی جریان دو فاز………………… 64

     5-3-1 مسأله شیر آب……………………. 64

           5-3-1-1 اعتبارسنجی کد PFM-2 با مسئله شیر آب   66

5-4 نتایج بررسی ناپایداری کلوین- هلهولتز با استفاده از مدل PFM   70

5-5 نتیجه گیری کلی………………………… 72

مراجع……………………………………. 74

 

 

 

 

 

 

فهرست جدول ها

عنوان

 

 صفحه

جدول5-1: شرایط اولیه مسئله واترفاست…………. 65

فهرست شکل ها

عنوان

 

 صفحه

شکل1-1: رژيمهاي جريان دوفازي گاز-  مايع در لوله هاي افقي 6

شکل1-2: جریان دو فازی در کانال افقی…………. 8

شکل2-1: سطح مقطع و نمای جانبی جریان لایه ای در کانال افقی 27

شکل2-2: نقشه الگوی جریان برای لوله های افقی با محدوده خوش رفتاری  35

شکل3-1: میدان محاسباتی و سلول های مجازی……… 45

شکل4-1: سطح مقطع و نمای جانبی جریان لایه ای در کانال  48

شکل4-2:  اغتشاش اولیه برای جریان لایه ای……… 50

شکل4-3:  شرط اولیه برای فصل مشترک در کانال…… 52

شکل5-1: نتیجه برگرز برای روش عددی لاکس-فریدریچز در زمان 5/1 ثانیه، با استفاده از 100 مش، با CFL=0/2……………….. 57

شکل5-2 : نتیجه برگرز برای روش عددی ریچمایر در زمان 5/1 ثانیه، با استفاده از 100 مش، با CFL=0/2……………….. 57

شکل5-3 : نتیجه برگرز برای روش عددی FORCE در زمان 5/1 ثانیه، با استفاده از 100 مش، با CFL=0/2……………….. 58

شکل 5-4: مدل آب کم عمق. پروفیل ارتفاع  برای روش عددی لاکس-فریدریچز با حل دقیق در زمان 1/0 ثانیه،  با استفاده از 100 مش، با 2/0 CFL = 61

عنوان

 

 صفحه

شکل 5-5: مدل آب کم عمق. پروفیل ارتفاع  برای روش عددی ریچمایر با حل دقیق در زمان 1/0 ثانیه،  با استفاده از 100 مش، با 2/0 CFL =    62

شکل 5-6: مدل آب کم عمق. پروفیل ارتفاع  برای روش عددی  FORCEبا حل دقیق در زمان 1/0 ثانیه،  با استفاده از 100 مش، با 2/0 CFL =    62

شکل 5-7: مدل آب کم عمق. پروفیل سرعت  برای روش عددی لاکس-فریدریچز با حل دقیق در زمان 1/0 ثانیه،  با استفاده از 100 مش، با 2/0 CFL = 63

شکل 5-8: مدل آب کم عمق. پروفیل سرعت  برای روش عددی ریچمایر با حل دقیق در زمان 1/0 ثانیه،  با استفاده از 100 مش، با 2/0 CFL =    63

شکل 5-9: مدل آب کم عمق. پروفیل ارتفاع  برای روش عددی  FORCEبا حل دقیق در زمان 1/0 ثانیه،  با استفاده از 100 مش، با 2/0 CFL =    64

شکل 5-10: شماتیکی از مسئله شیر آب…………… 65

شکل 5-11: مقایسه نتیجه روش  عددی لاکس-فریدریچز با حل دقیق برای پروفیل کسر حجمی فاز گاز در زمان 5/0 ثانیه………….. 67

شکل 5-12: مقایسه نتیجه روش  عددی ریچمایر با حل دقیق برای پروفیل کسر حجمی فاز گاز در زمان 5/0 ثانیه……………… 67

شکل 5-13: مقایسه نتیجه روش  عددی FORCE با حل دقیق برای پروفیل کسر حجمی فاز گاز در زمان 5/0 ثانیه……………… 68

عنوان

 

 صفحه

شکل 5-14: مقایسه نتیجه روش  عددی لاکس-فریدریچز با حل دقیق برای پروفیل سرعت مایع در زمان 5/0 ثانیه………………… 68

شکل 5-15: مقایسه نتیجه روش  عددی ریچمایر با حل دقیق برای پروفیل سرعت مایع در زمان 5/0 ثانیه…………………….. 69

شکل 5-16: مقایسه نتیجه روش  عددی FORCE با حل دقیق برای پروفیل سرعت مایع در زمان 5/0 ثانیه…………………….. 69

شکل 5-17: نمودار رشد موج بر حسب زمان در سرعت های متفاوت گاز( )0 = ………………………………………. 71

شکل 5-18: کسر حجمی گاز در زمان های مختلف در ( )20=    71

شکل5-19: حرکت موج به ازای )0 =   و )30=   72

 

 

 

 

 

 

 

 

علائم اختصاری

سطح مقطع کل

زمان قدیم

سطح مقطع فاز مایع

زمان جدید

سطح مقطع سطحی

زمان

سرعت صوت فاز مایع

سرعت فصل مشترک

سرعت صوت فاز

سرعت فاز مایع

قطر لوله

سرعت فاز گاز

کسر حجمی یا کسر فضای خالی فاز گاز

سرعت لغزش یا نسبی بین دو فاز

کسر حجمی فاز مایع

سرعت ظاهری فاز مایع

انتقال جرم بین دو فاز

سرعت ظاهری فاز گاز

انرژی داخلی مخصوص فاز

سرعت مخلوط

ضریب اصطکاک فاز گاز با دیواره

سرعت رانشی

ضریب اصطکاک فاز مایع با دیواره

ترم غیر پایستار روش عددی

ضریب اصطکاک بین دوفاز در فصل مشترک

ترم فلاکس عددی

بردار فلاکس

مدل مستقل از فشار

شتاب جاذبه

مدل تک فشار

ارتفاع فاز مایع

مقدار مشخصه سیستم

ماتریس ژاکوبی

چگالی هر فاز

ماتریس ضرایب مشتق زمانی

چگالی فاز مایع

ماتریس ضرایب مشتق مکانی

چگالی فاز گاز

فشار در فصل مشترک

چگالی مرجع هر فاز

فشار هر فاز در فصل مشترک

چگالی مخلوط

فشار فاز گاز در فصل مشترک

تنش برشی بین دو فاز در فصل مشترک

فشار فاز

تنش برشی فاز مایع با دیواره

فشار مرجع هر فاز

تنش برشی فاز گاز با دیواره

فشار فاز مایع در فصل مشترک

بردار متغیرهای اولیه

بردار متغیرهای پایستار

متغیر کمیت در هر فاز

ترم چشمه

مرز سمت چپ سلول

محیط تر شده توسط فصل مشترک

فصل مشترک

محیط تر شده دیواره توسط فاز گاز

نیروی برشی بین هر فاز با دیواره به واحد حجم

محیط تر شده دیواره توسط فاز مایع

نیروی جسمی به واحد حجم

قطر هیدرولیکی فاز گاز

شار جرمی

قطر هیدرولیکی فاز مایع

لزجت دینامیکی یا ویسکوزیته

شار حرارتی بر دیواره

ضریب انتقال حرارت فصل مشترک در واحد حجم فاز

گرمای تبادل شده از دیواره به فازهای

تبادل حرارت در فصل مشترک

ضریب انتقال حرارت سهم مخزن هسته جوششش

درجه حرارت فازهای  در ورودی لوله

ضریب کشش سطحی

ضریب انتقال حرارت سهم جابه جایی مایع در حال جوشش

ضریب انتقال حرارت مایع در دیواره

 

 

 

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “تحلیل عددی ناپایداری کلوین هلمهولتز در فصل مشترک جریان های دو فازی”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo