جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای آقای مهدی امینی هرندی)

موضوع:  بررسی عددی تاثیر وجود محیط متخلخل در افزایش انتقال‌حرارت در یک مبدل لوله سینوسی با جریان آشفته تحت شرط مرزی دما ثابت 
ارائه دهنده:  مهدی امینی هرندی
استاد راهنما: دکتر محمدرضا توکلی‌نژاد
استاد مشاور: دکتر ایمان چیت‌ساز
استادان داور: دکتر احمد سوهانکار- دکتر محمود اشرفی‌زاده

چکیده 
با توجه به افزایش جهانی قیمت انرژی، استفاده‌ی بهینه از انرژی موجود الزامی انکارناپذیر برای رقابت در دنیای امروز می‌باشد. یکی از تجهیزات کلیدی به منظور صرفه‌جویی در مصرف انرژی، مبدل‌های حرارتی با راندمان بالا می‌باشد. راهکارهای متفاوتی برای افزایش انتقال‌حرارت در مبدل‌های حرارتی وجود دارد. استفاده از مواد متخلخل یکی از روش‌های غیرفعالی است که در دهه‌های اخیر در فرآیندهای انتقال‌حرارت مورد توجه ویژه قرار گرفته است. محیط متخلخل به دلیل افزایش سطح تماس با سیال و داشتن ضریب هدایت حرارتی بالاتر نسبت به سیال، انتقال‌حرارت را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد؛ اما باعث افزایش افت‌فشار نیز خواهد شد. در پژوهش عددی حاضر، ماده متخلخل درون دامنه‌ی مبدل‌های لوله سینوسی با ابعاد مختلف قرار گرفته و در این حالت جریان سیال و انتقال‌حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. در پژوهش حاضر معادلات جریان تراکم‌ناپذیر و پایا در رژیم جریان آشفته با استفاده از روش حجم محدود گسسته شده و با الگوریتم coupled در نرم‌افزار فلوئنت حل شده‌اند. از مدل توربولانسی k-ω SST برای شبیه سازی جریان آشفته بهره گرفته شده است. همچنین از مدل تعادل گرمایی موضعی برای معادله‌ی انرژی و از مدل دارسی- برینکمن-فورشیمر برای معادله مومنتوم در محیط متخلخل استفاده شده است. ماده متخلخل همگن و ایزوتروپیک بوده و ضریب تخلخل آن ثابت و برابر 0.95 درنظر گرفته شده است. در این مطالعه سیال عامل هوا بوده و شرط مرزی دمای ثابت 373 کلوین روی دیواره لوله و دمای 300 کلوین در ورودی لوله برقرار می‌باشد. در این بررسی ضریب نسبت طول موج به نصف دامنه سینوسی بوده و میزان موج‌دار بودن لوله را مشخص می‌کند. در این پژوهش تاثیر دو پارامتر عدد دارسی و ضخامت ماده متخلخل بر روی انتقال‌حرارت و افت‌فشار در جریان آشفته‌ی درون لوله بررسی شده است. با مشاهده‌ی نتایج، مشخص شده است که با اضافه کردن محیط متخلخل به دامنه‌ی لوله‌های سینوسی، جبهه‌ی دمایی گرم در این نواحی افزایش یافته که منجر به افزایش دمای خروجی از مبدل شده است. قرار دادن ماده‌ی متخلخل در قسمت واگرای لوله‌های سینوسی بر کاهش افت‌فشار ناشی از محیط متخلخل، تاثیر مثبت خواهد داشت. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که در هر سه حالت ذکر شده برای ساختار هندسی لوله سینوسی، در یک عدد دارسی ثابت، با افزایش ضخامت ماده‌ی متخلخل انتقال حرارت، افت فشار و معیار‌ارزیابی‌عملکرد افزایش می‌یابد. با افزایش ضخامت ماده‌ی متخلخل، نسبت افزایش انتقال‌حرارت به افت‌فشار در اعداد دارسی بزرگ از اعداد دارسی کوچک بیشتر خواهد بود؛ درحالی‌که میزان افزایش‌ انتقال‌حرارت و افت‌فشار در اعداد دارسی کوچک بیشتر از اعداد دارسی بزرگ می‌باشد. نتایج نشان می‌دهد با کاهش اندازه ذرات محیط متخلخل، انتقال‌حرارت و افت‌فشار افزایش و معیارارزیابی‌عملکرد کاهش می‌یابد. همچنین بیشترین تغییرات در انتقال حرارت، افت فشار و معیار ارزیابی عملکرد در محدوده‌ی دارسی 3-10 تا 5-10 می‌باشد. از بین موارد بررسی شده، در پارامتر هندسی 25 و عدد دارسی 0.01 با افزایش ضخامت ماده متخلخل، معیار‌ارزیابی‌عملکرد به بیشترین مقدار در این پژوهش می‌رسد. در این حالت عددناسلت و ضریب‌اصطکاک نسبت به لوله‌ی بدون ماده‌ی متخلخل به ترتیب 58% و 180% افزایش می‌یابد.