جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای امیر ارشدی)
موضوع: بررسی عددی جریان و انتقال حرارت جابجائی آزاد و ترکیبی حول استوانه داغ دوار درون مخزن سیال ویسکوالاستیک
ارائه دهنده: امیر ارشدی
استاد راهنما: دکتر مهدی نیلی احمدآبادی
استادان مشاور: دکتر علی مینائیان، دکتر محمدرضا توکلی‌نژاد
استادان داور: دکتر علی‌اکبر عالم‌رجبی، دکتر احمد سوهانکار اصفهانی
چکیده:
در این پژوهش به بررسی عددی جریان و انتقال حرارت حول استوانه داغ دوار قرار گرفته درون مخزن سیال ویسکوالاستیک در رژیم جریان آرام پرداخته شد. مدلسازی معادلات ساختاری سیال ویسکوالاستیک به کمک مدل فن – تین – تنر (PTT) که یکی از دقیقترین مدلهای ارائه شده برای توصیف رفتار سیالات ویسکوالاستیک است انجام گرفت. حل عددی به کمک حلگر رئوهیتفوم نرم افزار اوپن فوم و به روش حجم محدود انجام گرفت. به منظور جلوگیری از مشکلات واگرایی حل عددی در اعداد وایزنبرگ بالا از روش نگاشت لگاریتمی استفاده شد. شرط مرزی دما ثابت و عدم لغزش بر روی دیواره مخزن و استوانه اعمال شد. همچنین پس از بررسی استقلال نتایج از شبکه محاسباتی و گام زمانی، اعتبارسنجی حلگر مورد استفاده انجام گرفت که نتایج مطابقت خوبی با نتایج قبلی نشان داد. این پژوهش در سه بخش اصلی بررسی جریان و انتقال حرارت جابجائی اجباری بدون حضور نیروهای شناوری، بررسی جریان و انتقال حرارت جابجائی طبیعی و بررسی جریان و انتقال حرارت ترکیبی انجام پذیرفت. در بخش اول انتقال حرارت جابجایی اجباری ناشی از چرخش استوانه و در بخش دوم انتقال حرارت جابجائی طبیعی ناشی از تغییرات چگالی با دماست که به کمک تقریب بوزینسک شبیه سازی شد. در بخش سوم انتقال حرارت جابجائی ترکیبی ناشی از چرخش استوانه و تغییرات چگالی با دما در نظر گرفته شد. در هر سه بخش با توجه به شرایط در نظر گرفته شده اثر اعداد بدون بعد وایزنبرگ، برینکمن، رینولدز، رایلی، ریچاردسون و نسبت لزجت بررسی شد. شبیه سازی ها در بازه عدد وایزنبرگ و عدد رینولدز 0 تا 1000 و عدد رایلی 104 تا 106 انجام گرفت.
نتایج نشان می دهد با افزایش عدد وایزنبرگ خاصیت رقیق شوندگی سیال افزایش می یابد و در نتیجه گشتاور لازم برای چرخش استوانه کاهش می یابد. همچنین با افزایش عدد وایزنبرگ انتقال حرارت از سطح استوانه به دلیل افزایش شیب سرعت نزدیک استوانه و کاهش تلفات لزجت، افزایش یافت. افزایش عدد برینکمن موجب افزایش تلفات لزجت و افزایش دمای حول استوانه شد و نه تنها انتقال حرارت را کاهش داد بلکه در مواردی سبب تغییر جهت انتقال حرارت گردید. افزایش عدد رینولدز در حالتی که از اثرات تلفات لزجت صرف نظر شده باشد تغییر چشمگیری در انتقال حرارت از استوانه ایجاد نکرد و در حالتی که تلفات لزجت در نظر گرفته شده باشد تنها به دلیل خاصیت رقیق شوندگی سیال تلفات لزجت کاهش و انتقال حرارت افزایش یافت. افزایش عدد رایلی موجب تقویت نیروهای شناوری و افزایش انتقال حرارت از استوانه گردید. مشاهده شد که مقدار ناسلت متوسط سطح استوانه با افزایش عدد رایلی نوسانی می شود که به سبب تغییر پریودیک اندازه دوگردابه تشکیل شده حول استوانه است. با افزایش عدد ریچاردسون انتقال حرارت از استوانه استوانه ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت. انتقال حرارت بیشینه در عدد ریچاردسونی اتفاق افتاد که انتقال حرارت جابه جایی اجباری و طبیعی بیشترین هم افزایی را داشتند. در تمام بخش ها به منظور توجیه و تحلیل نتایج ارائه شده، نمودار های توزیع تنش، توزیع دما، پروفیل سرعت و دلایل فیزیکی بیان گردید.
کلمات کلیدی: سیال ویسکوالاستیک، انتقال حرارت جابجائی آزاد و ترکیبی، مدل PTT، استوانه داغ دوار، حلگر رئوهیتفوم