تأثير نسبت منظري بر جريان سيال و انتقال حرارت از يك سيلندر با مقطع دايره متصل به ديوار

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

بررسي جريان عبور از روي سيلندرها از منظر شكل¬گيري پديده¬هاي جدايي جريان، گردابه¬هاي ايجاد شده و همچنين انتقال حرارت اهميت دارد. در بررسي جريان از روي سيلندرها دو رويكرد متفاوت وجود دارد؛ كه عبارتند از بررسي دوبعدي و بررسي سه¬بعدي كه در بررسي دوبعدي ارتفاع سيلندر بي¬نهايت درنظر گرفته مي¬شود كه به اين نوع سيلندرها، سيلندر¬هاي نامحدود يا دوبعدي گفته¬مي¬شود. در حالت ديگر سيلندر به صورت سه¬بعدي و با ارتفاع محدود است كه به آن سيلندر¬هاي محدود يا سه¬بعدي نيز گفته مي¬شود. در مقايسه با سيلندرهاي دوبعدي، جريان عبوري از سيلندرهاي محدود، اثرات انتهاي آزاد و كف برساختار جريان و نيروها اهميت زيادي دارد. اين پژوهش عددي، در نسبت هاي منظري 1 تا 8 و در محدوده اعداد رينولدز 1 تا و 100 و عدد پرانتل 7/0 انجام شده است. در اين پژوهش، تأثير نسبت منظري و عدد رينولدز بر فيزيك جريان، نيروها، شروع ريزش گردابه و انتقال حرارت بررسي شده است. مقطع سيلندر مورد بررسي دايره¬اي بود و شبيه¬سازي¬ها با نرم¬افزار انسيس فلوئنت انجام گرفت. تأثير ابعاد ميدان محاسباتي بر نتايج بطور وسيعي بررسي شد. نتايج نشان داد كه درمحدوده اعداد رينولدز و نسبت منظري پايين، ضريب دراگ به اندازه دامنه ميدان محاسباتي حساسيت زيادي دارد؛ كه اين حساسيت با افزايش عدد رينولدز و نسبت منظري كمتر مي¬شود. در اين پژوهش مقدار ضريب دراگ و عدد ناسلت و همچنين ساختار انواع گردابه¬هاي ايجاد شده از قبيل گردابه¬هاي پايه و نوك، پايه ونعل اسبي براي نسبت منظري و اعداد رينولدز مختلف بررسي¬شد. نتايج نشان داد كه جريان سيال براي تمام اعداد رينولدز انتخابي بين 1 تا 100 و نسبت هاي منظري 1 الي 5 از نوع دائم و بدون ريزش گردابه است؛ اما در سيلندر با نسبت¬هاي منظري 6 و 7و 8 جريان در بعضي از اعداد رينولدز غير دائم مي شوند. عدد رينولدز بحراني اول، عدد رينولدزي كه ريزش گردابه براي اولين بار رخ مي¬دهد و جريان از حالت دائم به غير دائم تبديل مي شود، به ترتيب براي نسبت هاي منظري 6 و7 و8 در محدوده 5± 85 و5±65 و 5±65 است. براي سيلندرهايي با نسبت منظري كوچكتر از 6، ريزش گردابه بالاتر از عدد رينولدز 100 (خارج محدوده مورد بررسي در اين پژوهش) رخ مي¬دهد. همچنين مشاهده شد كه با افزايش عدد رينولدز در تمامي نسبت¬هاي منظري، رژيم پايا و گذرا، ضريب دراگ كاهش و عدد ناسلت متوسط افزايش مي¬يابد. همچنين با افزايش نسبت منظري درعدد رينولدز يكسان، در رژيم پايا و گذرا، ضريب دراگ و عدد ناسلت افزايش مي¬يابد. در محدوده اعداد رينولدزي كه جريان پايا است، ساختار¬هاي جريان ويك بصورت دوقطبي و چهارقطبي مي باشند؛ در صورتي كه ساختار جريان متوسط زماني در رژيم گذرا چندقطبي است. در نهايت مقايسه¬اي بين حل پايا و گذرا در نسبت منظري 8 و عدد رينولدز 100، كه رژيم جريان گذرا است، انجام و مشخص شد كه حل پايا ريزگردابه¬ها يا گردابه¬هاي ثانويه را پيش¬بيني نمي¬كند. همچنين با مقايسه¬ي ضرايب دراگ كل در اعداد رينولدز 100 و نسبت¬هاي منظري 6 و 7 و 8 براي دو حل پايا و غيرپايا مشاهده شد؛ كه به ميزاني كه از عدد رينولدز بحراني فاصله گرفته شود، اختلاف نتايج حل پايا و گذرا افزايش مي¬يابد؛ كه معرف اين است كه جرياني كه ذاتا غير دائم است و استفاده از شبيه سازي دائم منجر به خطا مي شود.

214575

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمد رضا راستان

محمد رضا توكلي، مهدي نيلي

احمد سوهانكار