فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه
1-1- انتقال حرارت در مینی و میکرو کانال ها…………………………………………………………………………………………………………………… 2
1-2- جوشش ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3
1-2-1- جوشش استخری …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 4
1-2-2- جوشش جریانی ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 6
1-2-2-1 جوشش در کانال عمودی ………………………………………………………………………………………………………………………. 6
1-2-2-2 جوشش در کانال افقی ………………………………………………………………………………………………………………………….. 7
1-3- میعان…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 9
1-3-1- فیلم میعان …………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 9
1-3-2- میعان قطره ای ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 10
1-3-3- مقایسه میعان فیلمی و قطره ای ……………………………………………………………………………………………………………….. 11
1-4- کانال های مینی و میکرو………………………………………………………………………………………………………………………………………… 11
1-4-1- دسته بندی کانال ها ………………………………………………………………………………………………………………………………. 13
1-4-2- رژیم های جریان دو فاز در میکروکانال ها …………………………………………………………………………………………………. 15
1-5- هدف از پژوهش حاضر……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 16
فصل دوم: مروری بر کارهای گذشته
2-1- مروری بر کارهای گذشته ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 18
فصل سوم: مروری بر حل عددی جریان دو فازی
3-1- فرم کلی معادلات سیال………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 24
3-2- حل عددی جریان دوفاز………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 25
3-2-1- روشهای اویلری حل جریان……………………………………………………………………………………………………………………… 26
3-2-2- روشهای مستقیم…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 29
3-2-3- معادلات حاکم بر جریان دو فاز همدما……………………………………………………………………………………………………….. 35
3-3- روش حجم محدود…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 38
3-4- الگوریتم پیزو…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 42
فصل چهارم: اعتبارسنجی کد عددی
4-1- مدل تغییر فاز……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 45
4-1-1- مدل انتقال جرم لی…………………………………………………………………………………………………………………………………. 45
4-2- معادلات حاکم بر جریان دو فاز غیر همدما……………………………………………………………………………………………………………….. 50
4-3- آزمون مطالعاتی کد دوفاز……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 53
4-3-1- آزمون ایستا…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 53
4-3-2- آزمون دینامیک……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 55
4-3-3- مدل سازی خیزش حباب…………………………………………………………………………………………………………………………. 58
4-3-3-1- ارزیابی………………………………………………………………………………………………………………………………………… 59
4-3-3-2- بررسی رژیم جریان های مختلف……………………………………………………………………………………………………. 62
4-4- آزمون مطالعاتی کد دوفاز همراه با انتقال جرم…………………………………………………………………………………………………………… 64
4-4-1- مسئله استفان ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 64
4-4-1-1- حالت تبخیر…………………………………………………………………………………………………………………………………. 64
4-4-1-2- حالت میعان………………………………………………………………………………………………………………………………… 68
4-4-2- فیلم جوشش دو بعدی …………………………………………………………………………………………………………………………….. 69
فصل پنجم: نتایج
5-1- شبیه سازی فیلم میعان در کانال عمودی…………………………………………………………………………………………………………………. 76
5-2- شبیه سازی جریان جوشش فروسرد در مینی کانال افقی……………………………………………………………………………………………. 83
5-2-1- مدل هندسه و شرایط مرزی……………………………………………………………………………………………………………………… 83
5-2-2- بررسی اثر شار حرراتی در تغییرات رژیم جریان…………………………………………………………………………………………… 84
5-2-3- تاثیر دبی ورودی کانال در نحوه تشکیل رژیم جریان و انتقال حرارت…………………………………………………………….. 86
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادها
6-1- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 88
6-2- نظرات و پیشنهادها جهت ادامه کار………………………………………………………………………………………………………………………….. 89
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شكل (1-1) جوشش استخری………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 5
شكل (1-2) رژیم جریان و مکانیزم انتقال حرارت در جوشش جریانی………………………………………………………………………………….. 7
شكل (1-3) رژیم جریان در کانال افقی جوشش جریانی…………………………………………………………………………………………………….. 8
شكل (1-4) تشکیل فیلم میعان بر روی سطح…………………………………………………………………………………………………………………… 9
شكل (1-5) تشکیل میعان قطره ای بر روی سطح……………………………………………………………………………………………………………… 10
شكل (3-1) سطح مشترک بین دوفاز……………………………………………………………………………………………………………………………….. 27
شكل (3-2) آغشتگی سطح مشترک…………………………………………………………………………………………………………………………………. 35
شكل (3-3) تفاوت حجم کنترل و حجم سلول………………………………………………………………………………………………………………….. 39
شكل (4-1) حباب کروی در سیال نامتناهی……………………………………………………………………………………………………………………… 53
شكل (4-2) مقایسه توزیع فشار از حل عددی معادلات ناویر استوکس و جواب تحلیلی یانگ لاپلاس……………………………………… 54
شكل (4-3) تغییر شکل حباب در یک دوره تناوب…………………………………………………………………………………………………………….. 56
شكل (4-4) مقایسه فرکانس از حل عددی با رابطه لامب…………………………………………………………………………………………………… 58
شكل (4-5) تاثیر چگالی بر شکل نهایی حباب………………………………………………………………………………………………………………….. 60
شكل (4-6) تاثیر کشش سطحی بر شکل نهایی حباب……………………………………………………………………………………………………….. 61
شكل (4-7) نتایج شبیه سازی خیزش حباب در رژیم جریان های مختلف…………………………………………………………………………… 63
شكل (4-8) مقایسه نتایج شبیه سازی با رژیم حباب گریس………………………………………………………………………………………………. 63
شكل (4-9) مسئله استفان برای حالت تبخیر……………………………………………………………………………………………………………………. 65
شكل (4-10) مقایسه مکان سطح مشترک از شبیه سازی و حل تشابهی مسئله استفان…………………………………………………………. 67
شكل (4-11) موقعیت سطح مشترک در زمانهای مختلف در حالت تبخیر………………………………………………………………………….. 67
شكل (4-12) توزیع دما در طول دامنه برای حالت تبخیر در T=100s……………………………………………………………………………….. 68
شكل (4-13) مسئله استفان برای حالت میعان…………………………………………………………………………………………………………………. 68
شكل (4-14) موقعیت سطح مشترک در زمانهای مختلف در مسئله استفان در حالت میعان………………………………………………… 69
شكل (4-15) توزیع دما در طول دامنه برای حالت میعان در T=100s……………………………………………………………………………….. 69
شكل (4-16) دامنه محاسباتی و شرایط مرزی فیلم جوشش……………………………………………………………………………………………….. 71
شكل (4-17) تشکیل فیلم جوشش به صورت تناوبی در شبکهبندی درشت………………………………………………………………………….. 73
شكل (4-18) نمودار تغییرات ناسلت در طول زمان برای حالت تناوبی…………………………………………………………………………………. 73
شكل (4-19) تشکیل فیلم جوشش با ساختار قارچی در شبکهبندی ریز………………………………………………………………………………. 73
شكل (4-20) الگوریتم پیشنهادی حل تغییر فاز………………………………………………………………………………………………………………… 74
شکل (5-1) رژیم های جریان میعان فیلم روی دیوار عمودی………………………………………………………………………………………………. 77
شكل (5-2) شرایط مرزی فیلم میعان………………………………………………………………………………………………………………………………. 77
شكل (5-3) توزیع کسر حجمی مایع در کانال…………………………………………………………………………………………………………………… 79
شكل (5-4) توزیع دمایی کانال……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 79
شكل (5-5) موقعیت کسر حجمی در مرکز میعان فیلم مایع ……………………………………………………………………………………………… 80
شكل (5-6) توزیع دما در مرکز میعان فیلم مایع……………………………………………………………………………………………………………….. 80
شكل (5-7) مقایسه ضریب انتقال حرارت برای دو حالت کشش سطحی………………………………………………………………………………. 81
شكل (5-8) مقایسه مرکز جرم حباب در دماهای فروسرد مختلف………………………………………………………………………………………… 82
شكل (5-9) مقایسه ضریب انتقال حرارت برای دو حالت کشش سطحی………………………………………………………………………………. 82
شكل (5-10) هندسه و شرایط مرزی بهکاررفته در شبیهسازی……………………………………………………………………………………………. 84
شكل (5-11) ) تغییرات رژیم جریان در طول مینی کانال افقی الف) ب) ج) د) …………………………………………………………………………………..85
شكل (5-12) تغییرات رژیم جریان و انتقال حرارت در طول لوله حرارتی با هیت سینک الف) ب) ج) ……………………………………………………………………………………………………………. 86
شكل (5-13) توزیع دمای متوسط دیوار پایینی مینی کانال……………………………………………………………………………………………….. 87
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول( 1-1) معیار انتقال بر حسب قطر هیدرولیکی…………………………………………………………………………………………………………. 13
جدول( 2-1) مروری بر مقالات……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 22
جدول( 4-1) دادههای فیزیکی آزمون ایستا……………………………………………………………………………………………………………………… 55
جدول( 4-2) دادههای مدلسازی آزمون دینامیک…………………………………………………………………………………………………………….. 57
جدول( 4-3) تاثیر نسبت چگالی بر عدد رینولدز نهایی…………………………………………………………………………………………………….. 59
جدول( 4-4) تاثیر نسبت ویسکوزیته بر عدد رینولدز بحرانی…………………………………………………………………………………………….. 60
جدول( 4-5) داده ها و اطلاعات مدل سازی خیزش حباب………………………………………………………………………………………………… 62
جدول( 4-6) دادههای اطلاعاتی مسئله استفان…………………………………………………………………………………………………………………. 81
جدول( 4-7)داده های اطلاعاتی فیلم جوشش…………………………………………………………………………………………………………………… 66
جدول( 5-1) داده های اطلاعاتی میعان فیلم مایع…………………………………………………………………………………………………………….. 78
جدول( 5-4) دادههای مسئله و خواص فیزیکی آب در دمای اشباع……………………………………………………………………………………… 84
فهرست علائم و نشانهها
سطح مقطع |
|
ثابت |
|
گرمای ویژه |
|
عدد کاپیلاری |
|
قطر |
|
انرژی مخصوص |
|
عدد اتوس |
|
نشانگر فاز |
|
گرانش |
|
ضریب انتقال حرارت |
|
آنتاپی تبخیر |
|
ماتریس همانی |
|
شار جرمی در واحد حجم |
|
هدایت گرمایی |
|
گرمای نهان |
|
طول لاپلاس |
|
مد نوسانی |
|
بردار عمود بر سطح مشترک |
|
فشار |
|
عدد انسورج |
|
دبی حجمی |
|
ثابت گازها، شعاع |
|
شدت انتقال جرم |
|
عدد رینولدز |
|
مقاومت حرارتی سطح مشترک |
|
عدد اسکالر، سطح سلول |
|
دمای سیال |
|
سرعت |
|
حجم |
|
بردار موقعیت |
|
علائم یونانی
حجم سیال، نسبت پوچی |
|
ضریب تطابق |
|
ضریب تبخیر، دبی حجمی جریان |
|
تابع دلتا دیراک |
|
انحنای سطح مشترک |
|
لزجت |
|
حجم مخصوص |
|
چگالی |
|
تنش سطحی |
|
ضریب تبخیر |
|
ضریب میعان |
|
تانسور تنش |
|
فاصله از سطح مشترک، پویایی جنبشی |
|
زیرنویس
حباب |
|
معادل |
|
گاز |
|
سطح مشترک |
|
مایع |
|
کوچک |
|
اشباع |
|
بخار |
|