جلسه دفاع پایان ­نامه کارشناسی ارشد (آقای امیر جولایی)

موضوع:  بررسی عددی و تجربی تأثیر پارامترهای هندسی یک نوسان ساز جت سیال بر نرخ انتقال حرارت صفحه داغ عمود بر آن

ارائه دهنده: امیر جولایی

استادان راهنما: دکتر مهدی نیلی احمد آبادی

استادان مشاور:

استادان داور: دکتر دوازده امامی- دکتر عالم رجبی

چکیده:

در بسیاری از مطالعات گذشته به بررسی اثرات پارامترهای هندسی مختلف نوسانگرهای سیال بر روی نرخ انتقال حرارت صفحه داغ برخورد شده توسط یک جت نوسانی پرداخته‌اند. در این تحقیق، با استفاده از نرم افزار Ansys-Fluent برای حل معادلات دوبعدی ناپایدار رینولدز متوسط­ گیری شده ناویر استوکس (URANS) با مدل آشفتگی k-ω (SST) برای بررسی اثر پارامتر‌های هندسی بر نرخ انتقال حرارت صفحه داغ پرداخته شد. برخی از این تغییرات هندسی همانند حذف دیفیوزر خارجی، تغییر زاویه واگرایی دیفیوزر خارجی، و تغییر فاصله از گلوگاه خروجی تا صفحه داغ در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفت‌. در بخش دوم پژوهش، به سبب اهمیت و کاربرد نوسان‌ساز سیال در داخل پره توربین، تأثیر مقیاس کردن هندسه نوسان‌ساز سیال نیز با ضرائب مقیاس 0/33، 0/5 و 1/3 بررسی شد. سه نسبت فاصله (7/5 و ۵/۵ ،4/5X/D = ) و چهار زاویه واگرایی دیفیوزر (°۱۸۰ و °۹۰ ،°۷۰ ،°۵۰θ =) در اعدا رینولدز ۳۰،۰۰۰، ۶۰،۰۰۰ و ۱۲۰،۰۰۰ به عنوان پارامتر‌های هندسی و جریان در این پژوهش انتخاب شدند. تجزیه و تحلیل عددی نشان داد که نرخ انتقال حرارت با حذف دیفیوزر خارجی در ۵/۴X/D =  و ۶۰،۰۰۰Re =  به میزان ۱۴۰ درصد افزایش می­یابد، در حالی که با افزایش نسبت فاصله و زاویه واگرایی این مقدار کاهش می‌یابد. نتایج بخش مقیاس‌بندی هندسی نشان داد که نوسان‌ساز سیال مقیاس‌شده بالاترین سرعت انتقال حرارت را دارد، به طوری که حداکثر عدد ناسلت برای ضریب مقیاس 0/33رخ می‌دهد. علاوه بر این، اثر تغییر عدد رینولدز بر فرکانس جت نوسانی به صورت عددی برای هندسه‌ های مقیاس‌بندی شده مختلف مورد مطالعه قرار گرفت تا تعریف جدیدی از عدد استروهال برای این نوع هندسه­ ها به دست آید. تشکیل جت نوسانی با تشکیل حباب جدایش در محفظه اختلاط مرتبط بود و مقیاس طول مناسب مرتبط با فرکانس نوسان تعیین شد. مطالعه صورت گرفته نشان داد که عدد استروهال بر اساس تعریف جدید برای هندسه‌های مختلف مقیاس شده ثابت باقی می‌ماند.

در بخش تجربی پژوهش، عملکرد انتقال حرارت یک نوسان‌ساز سیال با و بدون دیفیوزر خروجی و یک نوسانگر سیال جدید طراحی شده از طریق روش تجربی فسفر ترمومتری مقایسه شد. این روش مبتنی بر طول عمر است که برای به دست آوردن میدان دمای لحظه‌ای در طیف گسترده‌ای از دماهای بالا استفاده می‌شود. Mg4FGeO6:Mn به عنوان ماده حسگر انتخاب شده و با استفاده از UV-LED برانگیخته می‌شود. برای گرفتن عکس از صفحه داغ از دوربینی با سرعت ۴۰۰۰ تصویر بر ثانیه استفاده شد. محدوده دمایی ۲۵-۳۲۵ درجه سانتیگراد برای آزمایش کالیبراسیون در نظر گرفته شد و نتایج به خوبی با داده های ترموکوپل مطابقت داشت. اثر نرخ جریان جرمی و نسبت فاصله گلوگاه تا صفحه برخورد شده توسط جت نوسانی نوسان‌ساز سیال برای به دست آوردن عدد ناسلت بهینه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد نوسان‌ساز جدید طراحی شده دارای اثرات خنک کنندگی بالاتری نسبت به انواع دیگر نوسان­سازهای سیال است. علاوه بر این، نوسان‌ساز جدید بیشتر تحت تاثیر نرخ جریان جرمی و نسبت فاصله گلوگاه تا صفحه در مقایسه با سایرین قرار دارد.