جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای محمدرضا حدیدی)

موضوع: شبیه سازی عددی انتقال حرارت جابجایی ترکیبی از یک استوانه با مقطع دایره ای متصل به یک سطح در محدوده اعداد ریچاردسون بین صفر تا یک

ارائه دهنده : محمدرضا حدیدی

استاد راهنما: دکتر احمد سوهان کار

استادان داور: دکترایمان چیت ساز – دکتر محمدرضا توکلی    

چکيده:

بررسی انتقال حرارت جابجایی ترکیبی از اجسام جریان­ بند، به خصوص در استوانه­ها، در بسیاری از کاربردهای مهندسی مانند  خنک کاری قطعات الکترونیکی اهمیت دارد. در این پژوهش، شبیه­سازی انتقال حرارت جابجایی ترکیبی از یک استوانه با مقطع دایره­ای سه بعدی متصل به کف، انجام شد. این شبیه­سازی­ها در محدوده اعداد ریچاردسون 0 تا 1 و  در اعداد رینولدز 40 و 80 برای نسبت­های منظری 1 تا 4 و برای سیال عامل هوا با عدد پرانتل ثابت 0.7 صورت گرفت. شبیه­سازی­ها برای دوحالت جابجایی ترکیبی کمکی و جابجایی ترکیبی متقاطع انجام و تاثیر عدد ریچاردسون و جهت نیروی شناوری بر ساختار جریان، میزان انتقال حرارت و همچنین نیروهای اعمالی به جسم مورد مطالعه قرار گرفت. این شبیه­سازی­ها با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت انجام شد.  شبیه­سازی­ها در حالت سه­بعدی، خواص ترموفیزیکی ثابت، جریان دائم و آرام، بدون در نظر گرفتن چشمه حجمی حرارتی در سیال  و با نادیده گرفتن اثرات استهلاک ویسکوز و با استفاده از تقریب بوزینسک  در نرم افزار انسیس فلوئنت انجام شد. همچنین استقلال نتایج از شبکه و دامنه محاسباتی انجام شد.  این بررسی نشان داد که  اندازه دامنه محاسباتی تاثیر مهمی بر نتایج دارد که این وابستگی به دلیل نیروی شناوری و نحوه تاثیر ان بصورت کمکی یا متقاطع نسبت به جریان اجباری دارد. نتایج همچنین نشان داد که در جابجایی ترکیبی کمکی، در شرایط عدد رینولدز و نسبت منظری ثابت، با افزایش عدد ریچاردسون، مقدار عدد ناسلت افزایش می­یابد. همچنین  تاثیر نسبت منظری بر روی افزایش عدد ناسلت در عدد رینولدز و ریچاردسون ثابت کم است. در جابجایی ترکیبی متقاطع، همانند جابجایی ترکیبی کمکی، در عدد رینولدز و نسبت منظری ثابت، افزایش عدد ریچاردسون موجب افزایش عدد ناسلت­ می­شد. همچنین با افزایش عدد رینولدز در نسبت منظری و عدد ریچاردسون ثابت مقدار عدد ناسلت افزایش قابل توجهی پیدا می‌کند.  نتایج جابجایی ترکیبی کمکی نشان داد که تغییرات ضریب درگ فشاری نسبت به افزایش عدد ریچاردسون به شدت کاهشی است؛ به­طوری که در بعضی از موارد مقدار ضریب درگ فشاری منفی می‌شود. این درحالی است که در جابجایی ترکیبی متقاطع، با افزایش عدد ریچاردسون مقدار ضریب درگ فشاری افزایش پیدا می­کند. در هر دو حالت جابجایی ترکیبی کمکی و متقاطع، در اعداد ریچاردسون و رینولدز ثابت، با افزایش نسبت منظری  ضریب درگ فشاری افزایش پیدا می­کند اما این افزایش برای جابجایی ترکیبی متقاطع بسیار بیشتر از حالت جابجایی ترکیبی کمکی است. همچنین در هر دو حالت جابجایی کمکی و متقاطع، افزایش عدد رینولدز، در نسبت منظری و عدد ریچاردسون ثابت، موجب کاهش ضریب درگ فشاری می­شد. همچنین در جابجایی ترکیبی کمکی، ضریب درگ کل در عدد رینولدز و نسبت منظری یکسان، با افزایش عدد ریچاردسون کاهش پیدا می­کند. این در حالی است که در حالت جابجایی ترکیبی متقاطع، افزایش عدد ریچاردسون موجب افزایش ضریب درگ کل می­شد. همچنین در هر دو حالت جابجایی ترکیبی کمکی و متقاطع، ضریب درگ کل با نسبت منظری رابطه افزایشی و با عدد رینولدز رابطه کاهشی داشت. نتایج نشان داد که تاثیر جهت نیروی شناوری بر مقدار عدد ناسلت تقریبا کم است (کمتر ار 10 درصد) در حالی که ضریب درگ کل در جابجایی متقاطع بیشتر از ضریب درگ کل در جابجایی ترکیبی کمکی می‌باشد (تا حدود دو برابر). این نشان می‌دهد که جهت نیروی شناوری به شدت بر روی ضریب درگ کل تاثیرگذار است. عموما استفاده از روش جابجایی متقاطع منجر به کاهش انتقال حرارت و همچنین افزایش نیروی مقاوم شده   بنابراین در نصب تجهیزات حرارتی استفاده از جابجایی متقاطع توصیه نمی‌گردد. 

 کلمات کلیدی

انتقال حرارت جابجایی ترکیبی، عدد ریچاردسون، شبیه­سازی عددی، استوانه متصل به سطح، عدد رینولدز، عدد پرانتل