مطالعه وشبیه‌سازیجریانسیال درون کانال ریبدار

 

 

فهرست مطالب

عنوانصفحه

چکیده …………………………………………………………………………………………………………. ………………….1

فصل اول:کلیات تحقیق

1-1-مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………2

1-2-مبانی افزایش انتقال حرارت……………………………………………………………………………………………..3

1-3-روش‌های افزایش انتقال حرارت……………………………………………………………………………………….4

1-3-1-روش‌های فعال…………………………………………………………………………………………………………..4

1-3-2-روش‌های غیرفعال………………………………………………………………………………………………………4

1-4-بیان مسئله……………………………………………………………………………………………………………………..8

1-5-شرایط مرزی برای صفحه تخت در حالت دما ثابت ……………………………………………………………8

1-6-معادلات حاکم………………………………………………………………………………………………………………..9

1-7-موانع مغشوش کننده جریان……………………………………………………………………………………………10

1-8-لایه‌های مرزی جابجایی…………………………………………………………………………………………………10

1-8-1-لایه مرزی سرعت…………………………………………………………………………………………………….10

1-8-2-لایه مرزی گرمایی…………………………………………………………………………………………………….12

1-8-3-مفهوم لایه مرزی ……………………………………………………………………………………………………..12

1-9-عدد رینولدز ………………………………………………………………………………………………………………..13

1-9-1-عددرینولدزبحرانی …………………………………………………………………………………………………13

1-10-جریان آرام…………………………………………………………………………………………………………………13

1-11-شرایط توسعه یافته ……………………………………………………………………………………………………14

1-12-جریان درهم………………………………………………………………………………………………………………15

1-13-معادله پیوستگی………………………………………………………………………………………………………….16

1-14-معادله مومنتوم …………………………………………………………………………………………………………..17

فصل دوم :پیشینه پژوهش

2-1-مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………18

2-2-مروری بر کارهای انجام شده ………………………………………………………………………………………..19

2-2-1-تاثیر نسبت ظاهری کانال‌ها………………………………………………………………………………………..25

2-2-2-تاثیر ارتفاع ریب……………………………………………………………………………………………………….26

2-2-3-تاثیرگام ریب……………………………………………………………………………………………………………27

فصل سوم: مواد و روش‌ها

3-1-مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………34

3-2-معادلات حاکم برجریان آرام…………………………………………………………………………………………34

3-3-معادلات حاکم برجریان درهم……………………………………………………………………………………….35

3-3-1-روش آماری بررسی جریانات درهم……………………………………………………………………………35

3-3-2-نوشتن معادلات حرکت در جریاندرهم………………………………………………………………………36

3-3-3-معادله پیوستگی برای جریاندرهم……………………………………………………………………………..36

3-3-4-معادلات مومنتوم برای جریان درهم…………………………………………………………………………….36

3-4-جریان داخلی……………………………………………………………………………………………………………….37

3-4-1-سرعت میانگین…………………………………………………………………………………………………………37

3-4-2-ملاحظات گرمایی……………………………………………………………………………………………………..38

3-4-3-دمای میانگین……………………………………………………………………………………………………………38

3-5-روابط جابه‌جایی در مجراهای غیر دایره‌ای……………………………………………………………………….39

3-6-مدل سازی جریان‌های درهم …………………………………………………………………………………………39

3-6-1-مروری بر روش‌های RANS …………………………………………………………………………………….40

3-6-2-مدل آشفتگی کااپسیلون……………………………………………………………………………………………..40

3-6-3-مدل آشفتگی RNG………………………………………………………………………………………………….41

3-6-4-مدل آشفتگی SST…………………………………………………………………………………………………….41

3-6-5-مدل آشفتگی اسپالارات آلمارس…………………………………………………………………………………42

3-6-6-روابط اساسی حاکم بر ویسکوزیته ادی……………………………………………………………………….44

3-6-7-رابطه اساسی بوزسینک ویسکوزیته ادی……………………………………………………………………….45

3-7-مدل‌های ویسکوزیته ادی……………………………………………………………………………………………….46

3-7-1-مدل‌های صفرمعادله‌ای …………………………………………………………………………………………….47

3-7-2-مدل‌های یک معادله‌ای اسپالارات آلمارس …………………………………………………………………..48

3-7-3-مدل‌های دو معادله‌ای………………………………………………………………………………………………..49

3-8-مدل استانداردکااپسیلون ……………………………………………………………………………………………….50

3-8-1-ویژگی‌های مدل استانداردکااپسیلون……………………………………………………………………………51

3-8-2-مدل توسعه یافته کااپسیلون………………………………………………………………………………………..53

3-8-3ویژگی‌های مدل توسعه یافته کااپسیلون………………………………………………………………………..53

فصل چهارم: ارائه و تحلیل نتایج ………………………………………………………………………………………..54

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1-نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………….91

مراجع…………………………………………………………………………………………………………………………………93

فهرست شکل ها

عنوان                                                  صفحه

1-1-سطوح روکش شده یا اندود شده ……………………………………………………………………………………..6

1-2-سطوح زبر ریبدار……………………………………………………………………………………………………………6

1-3-هندسه کانال مستطیلی دارای یک ریب مربعی با ابعاد 2.5mm……………………………………………8

1-4-تشکیل لایه مرزی برروی یک سطح تخت………………………………………………………………………11

2-1-تاثیر فاصله ریب بر انتقال حرارت و ضریب اصطکاک ……………………………………………………..23

2-2-عدد نوسئلت محلی در مبدل حرارتی با پارامترهای اغتشاش کروی……………………………………..24

2-3-تاثیرنسبت ظاهری کانال ضریب اصطکاک کانال ریبدار………………………………………………………26

2-4-تاثیرارتفاع ریب بر ضریب اصطکاک کانال ریبدار…………………………………………………………….27

2-5-تاثیرگام ریب بر ضریب اصطکاک کانال ریبدار…………………………………………………………………28

4-1-نمایش کانتورفشاردرون کانال دارای یک ریب مربعی5mm با Re=10……………………………56

4-2-نمایش کانتور دما درون کانال دارای یک ریب مربعی 5mm با Re=100…………………………….57

4-3-نمایش کانتور سرعت درون کانال دارای یک ریب مربعی 5mm با Re=100………………………57

4-4-نمایش بردارسرعت درون کانال دارای یک ریب مربعی 5mm با  Re=100……………………….58

4-5-نمایش کانتورفشاردرونکانال دارای یک ریب مربعی5mm با Re=5000………………………..58

4-6-نمایش کانتور دما درونکانال دارای یک ریب مربعی 5mm با Re=5000…………………………..59

4-7-نمایش کانتور سرعت درونکانال دارای یک ریب مربعی 5mm با Re=5000…………………….59

4-8-نمایش بردارسرعت درونکانال دارای یک ریب مربعی 5mm با Re=5000………………………60

4-9-نمایش کانتورفشاردرونکانال دارای چهار ریب مربعی5mm با Re=100………………………..60

4-10-نمایش کانتور دما درونکانال دارای چهار ریب مربعی 5mm با Re=100………………………….61

4-11-نمایش کانتور سرعتدرون کانال دارای چهار ریب مربعی 5mm با Re=100…………………….61

4-12-نمایش بردارسرعت درونکانالدارایچهار ریب مربعی 5mm با Re=100………………………62

4-13-نمایش کانتورفشاردرونکانال دارای چهار ریب مربعی5mm با Re=5000……………………..62

4-14-نمایش کانتور دمادرون کانالدارایچهار ریب مربعی 5mm با Re=5000………………………..63

4-15-نمایش کانتور سرعت درونکانال دارای چهارریب مربعی 5mm با Re=5000………………….63

4-16-نمایش بردارسرعتدرون کانال دارایچهار ریب مربعی 5mm با Re=5000……………………64

4-17-نمایش کانتورفشاردرونکانال دارای یک ریب پنج ضلعی5mm با Re=100……………………64

4-18-نمایش کانتور دما درونکانال دارای یک ریب پنج ضلعی 5mm با Re=100………………………65

4-19-نمایش کانتور سرعتدرون کانالداراییک ریب پنج ضلعی 5mm با Re=100…………………65

4-20-نمایش بردارسرعت درونکانالداراییک ریب پنج ضلعی 5mm با Re=100………………….66

4-21-نمایش کانتورفشاردرونکانال دارای یک ریب پنج ضلعی 5mm با Re=5000………………..66

4-22-نمایش کانتور دما درونکانالداراییک ریب پنج ضلعی 5mm با Re=5000……………………67

4-23-نمایش کانتور سرعت درونکانال دارای یک ریب پنج ضلعی 5mm با Re=5000……………..67

4-24-نمایش بردارسرعت درونکانال دارای یک ریب پنج ضلعی 5mm با Re=5000……………. 68

4-25-نمایش کانتورفشاردرونکانال دارای چهار ریب پنج ضلعی5mm با Re=100………………….68

4-26-نمایش کانتور دما درونکانالدارایچهار ریب پنج ضلعی 5mm با Re=100…………………….69

4-27-نمایش کانتور سرعت درونکانال دارای چهار ریب پنج ضلعی 5mm با Re=100………………69

4-28-نمایش بردارسرعت درونکانال دارای چهار ریب پنج ضلعی 5mm با Re=100………………..70

4-29-نمایش کانتورفشاردرونکانال دارای چهار ریب پنج ضلعی5mm با Re=5000……………….70

4-30-نمایش کانتور دما درونکانال دارای چهار ریب پنج ضلعی 5mm با Re=5000………………….71

4-31-نمایش کانتور سرعت درونکانال دارای چهارریب پنج ضلعی 5mm با Re=5000…………71

4-32-نمایش بردارسرعت درون کانال دارای چهار ریب پنج ضلعی 5mm با Re=5000………….. 72

4-33-نمایش کانتورفشاردرون کانال دارایدو ریب مربعی5mm با Re=100…………………………..72

4-34-نمایش کانتورسرعتدرون کانال دارای دو ریب مربعی5mm با Re=100………………………..73

4-35-نمایش کانتوردمادرون کانال دارایدو ریب مربعی5mm با Re=100……………………………..73

4-36-نمایش بردار سرعتدرون کانال دارایدو ریب مربعی5mm با Re=100………………………….73

4-37-نمایش کانتورفشاردرون کانال دارایدو ریب پنج ضلعی5mm با Re=100……………………..74

4-38-نمایش کانتورسرعتدرون کانال دارایدو ریبپنج ضلعی5mm با Re=100………………….74

4-39-نمایش کانتوردمادرون کانال دارای دو ریبپنج ضلعی5mm با Re=100………………………..75

4-40-نمایش بردار سرعتدرون کانال دارایدو ریب پنج ضلعی5mm با Re=100……………………75

4-41-تاثیر عددرینولدزبرعدد ناسلت درون یک کانال بدون ریب و دارای ریب2.5 m …………. 76

4- 42-تاثیر وجودیک ریب مربعی بر افزایش موضعی عدد ناسلت……………………………………………….76

4-43-تاثیر وجودیک ریب مربعی برکاهش فشار……………………………………………………………………..77

4-44-تاثیر وجودیک ریب مربعی بر افزایش موضعی عدد ناسلت در اعداد رینولدز مختلف…………….78

4-45-تاثیر وجودیک تا چهارریب مربعی بر افزایش موضعی عدد ناسلت…………………………………….78

4-46-تاثیر وجودیک تا چهارریب مربعی بر کاهش فشار………………………………………………………….79

4-47-مقایسه وجودیک ریب مربعی و ذوزنقه‌ای بر افزایش موضعی عدد ناسلت………………………….80

4-48-تاثیر عدد رینولدز  برعدد ناسلت درون یک کانال بدون ریب …………………………………………….81

4-49-تاثیر عدد رینولدزبرکاهش فشار درون یک کانالدارای ریب مربعی در Re=100,1000……..81

4-50-تاثیر عدد رینولدزبرکاهش فشاردرون یک کانالدارای ریب مربعی در Re=5000,10000…82

4-51-مقایسه تاثیر وجود چهار ریب مربعی و چهار ریب ذوزنقه‌ای برافزایش عدد ناسلت……………….83

4-52-مقایسه تاثیر وجود چهار ریب مربعی و چهار ریب ذوزنقه‌ای بر کاهش فشار…………………………83

4- 53-مقایسه تاثیر وجودیک ریب مربعی با اندازه‌های مختلف بر افزایش عدد ناسلت……………………84

4-54-مقایسه تاثیر وجودیک ریب مربعی با اندازه‌های مختلف بر کاهش فشار……………………………….85

4-55-مقایسه تاثیر وجودچهار ریب مربعی با اندازه‌های مختلف بر افزایش عدد ناسلت…………………..86

4-56-مقایسه تاثیر وجودچهار ریب مربعی با اندازه‌های مختلف بر کاهش فشار…………………………….87

4-57-مقایسه تاثیر وجودیک ریب مربعی و یک ریب ذوزنقه‌ایبر کاهش فشار……………………………..87

4-58-مقایسه تاثیر وجوددو ریب مربعی و دو ریب ذوزنقه‌ایبر کاهش فشار………………………………..88

4-59-مقایسه تاثیر وجود سه ریب مربعی و سه ریب ذوزنقه‌ای بر کاهش فشار……………………………….89

4-60-مقایسه تاثیر وجودچهار ریب مربعی وچهار ریب ذوزنقه‌ایبر کاهش فشار………………………..89

4-61-مقایسه تاثیر وجودچهار ریب مربعی وچهار ریب ذوزنقه‌ای بر افزایش عدد ناسلت……………….90

4-62-تاثیر تعداد ریب مربعی بر افزایش شار گرمایی دیواره………………………………………………………..90

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست علائم و اختصارات

                                                                           h heat transfer coefficient

Nu       local Nusselt number

average Nusselt number for smooth duct

Re              Reynolds number

P                 rib pitch (m)

e                 rib height(m)

H                channel height

p/e rib pitch to rib height ratio

Pr               Prandtl number

Re              Reynolds number

T                temperature (k)

density of the fluid (kg/ )

L               length of duct (m)

mean velocity (m/s)

wall temperature (k)

bulk temperature (k)

mean temperature (k)

A               heat transfer area ( )

axial flow cross-sectional area  =W.D( )

constant pressure specific heat (J/kgk)

AR            aspect ratio=W/D

D               depth of the duct cross-section(m)

hydraulic diameter of the test duct (m)

f                fully developed fanning friction factor

mass flow rate (kg/s)

W             width of the duct cross-section (m)

fluid dynamic viscosity (kg/ms)

k               fluid thermal conductivity (w/

G        Mass flux=(kg/