شبيه سازي عددي جريان روي دوسيلندر پشت سرهم با مقاطع مربعي و مستطيلي: مطالعه ساختارها و گذارهاي جريان دنباله

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

دكتري

وجود ساختارهاي متفاوت جريان همراه با پديده¬هاي فيزيكي پيچيده حول اجسام جريان بند موجب انگيزش دانشمندان براي مطالعه جريان حول سيلندرهاي مربعي، مستطيلي يا دايره¬اي شده است. هدف اين تحقيق، مطالعه گذارهاي جريان دنباله شامل ريزش گردابه، دو بعدي به سه بعدي شدن جريان و تعيين اعداد رينولدز بحراني مرتبط با اين دو نوع گذار به منظور تحليل پديده¬هاي فيزيكي رفتار جريان حول دو سيلندر پشت سر هم با مقاطع متفاوت (اولي مربع و دومي مستطيل با نسبت منظري 1 تا 4) با تغيير فاصله مي¬باشد. اين تحقيق بنيادين بوده لذا مي¬تواند كاربردهاي صنعتي نيز داشته باشد. محدوده اعداد رينولدز انتخابي 30 تا 500 است. در بخش اول، نتايج شبيه¬سازي عددي دو بعدي جريان و انتقال حرارت غيردائم آرام حول دو سيلندر پشت سرهم شامل سيلندر مربعي 1 = b_1^* و سيلندر مستطيلي 4-1 = b_2^* (b^*=b⁄a و a bو اضلاع سيلندرها) با تغيير فاصله بين سيلندري (6-1S* =S/a= ) در محدوده اعداد رينولدز از 30 تا 210 ارائه و مقايسه گرديد. در بخش دوم، نتايج حاصل از شبيه¬سازي عددي مستقيم سه بعدي حول دو سيلندر پشت سرهم (1 = b_1^*) و (4و1 = b_2^*) در 5-2 S^*= با تغيير طول سيلندر (7 و 4 L_h^*=) و 500-200 Re= مطالعه گرديد. در اولين بخش اين پژوهش، ابتدا گذار اول جريان دنباله (تغيير جريان دائم به غير دائم و شروع ريزش گردابه) بررسي و محدوده اعداد رينولدز بحراني اول〖( 〖Re〗_(cr1 ))〗_ مرتبط با آن براي هر S^* تعيين شد. با تغيير نسبت منظري سيلندر دوم (4-1 = b_2^*) در يك فاصله ثابت 4 S^*= اعداد رينولدز بحراني( 〖Re〗_(cr1 )) در هر نسبت منظري مشخص گرديد. در بخش دوم پژوهش با استفاده از شبيه سازي¬هاي مستقيم بصورت سه بعدي و غيردائم، محدوده اعداد رينولدز بحراني دوم( 〖Re〗_(cr2 )) با تغيير نسبت منظري سيلندر دوم (4 و 1 = b_2^*) تعيين شد. سپس اثر تغيير S^* و افزايش L_h^* روي 〖Re〗_cr2 مطالعه گرديد. در حالت دو بعدي و سه بعدي به بررسي فيزيك جريان با استفاده از ساختار لحظه-اي و متوسط پيرامون سيلندرها پرداخته شد. الگوهاي لحظه¬اي جريان (الگوي تك جسم، اتصال مجدد و ريزش گردابه دوگانه) متناسب با تغييرات Re, S^* و b_2^* شناسايي و مورد تحليل قرار گرفت. شش الگوي متوسط زماني جريان (I, II, III, IV, V, VI) براي كل محدوده اعداد رينولدز مورد بررسي معرفي و ارتباط آن¬ها با ضرايب آيروديناميكي از جمله ضرايب ليفت و درگ و عدد استروهال مشخص گرديد. نتايج نشان داد؛ براي (1 = b_1^* و 4 = b_2^*) با افزايش S^* از 1 تا 6، مقدار عدد رينولدز بحراني اول〖( 〖Re〗_(cr1 ))〗_ از 5/2±5/127 تا 5/2±5/49 كاهش مي¬يابد. در حالي كه افزايش نسبت منظري سيلندر دوم (b_2^*) منجر به پايداري گردابه بين دو سيلندر مي¬شود و براي 2 = b_2^* ريزش گردابه تا 5/2±5/164 〖Re〗_cr1= در هر دو سيلندر متوقف مي¬شود. شبيه¬سازي سه بعدي مستقيم به منظور تعيين گذار جريان دنباله دو بعدي به سه بعدي براي دو سيلندر با مقطع مختلف (1 b_1^*= و 4 b_2^*= و 4 L_h^*=) در 4 S^*= نشان داد كه مقدار عدد رينولدز بحراني دوم در هر دو سيلندر 5/12 ± 5/212 〖Re〗_cr2= يكسان است. همچنين افزايش b_2^* يا كاهش S^* منجر به تعويق يا تأخير در سه ¬بعدي شدن جريان مي¬شود. با افزايش L_h^* گذار دو بعدي به سه بعدي جريان در محدوده اعداد رينولدز كمتر اتفاق مي¬افتد. در گذار جريان دنياله دو بعدي به سه بعدي، مودهاي جريان معرفي و وابستگي آن¬ها به الگوهاي جريان و نسبت منظري سيلندر دوم (b_2^*) نشان داده شد. با افزايش عدد رينولدز در گذار دوم ( دو بعدي به سه بعدي) ابتدا مود A، سپس مود A با جابجايي گردابه (A*)، پس از آن مود B و در نهايت دنباله نامنظم مشاهده گرديد. نتايج نشان داد؛ جريان در گذار سه بعدي پيرامون سيلندر اول مود B و پشت سيلندر دوم تركيبي از مودهاي B و A را وابسته به زمان حل تجربه مي¬نمايد (400 و 300 Re=). فركانس ريزش گردابه در قبل از محدوده اعداد رينولدز بحراني دوم و بعد از آن براي هر دو سيلندر تك فركانس مي¬باشد. ليكن در (225 و 200 Re =) براي سيلندر اول دو قله يا دو فركانس غالب در گذار دو بعدي به سه بعدي وجود دارد. بر اساس يافته¬هاي اين مطالعه در حالت دو بعدي براي دو سيلندر پشت سرهم (1 b_1^*= و 4 b_2^*=) و 150 Re= پديده هيسترزيس در فاصله 5/4 ≤ ≤S^* 5/3 اتفاق مي¬افتد. در همين شرايط و شبيه¬سازي سه بعدي براي 250 Re= نيز پديده هيسترزيس مشاهده گرديد.

233303

تبديل انرژي

پرديس

دانشگاه صنعتي اصفهان