جلسه دفاع کارشناسی ارشد(آقای اسماعیل دهقانی عشرت آباد)

موضوع: شبیه‌سازی عددی انتقال حرارت جابه‌جایی ترکیبی از دو سیلندر مربعی پشت سرهم در فاصله بین سیلندری مختلف

ارائه دهنده: اسماعیل دهقانی‌عشرت‌آباد

استادان راهنما: دکتر احمد سوهانکار

استادان داور: دکتر مهدی نیلی احمدآبادی، دکتر محسن ثقفیان

چکيده:

انتقال حرارت جابه‌جایی ترکیبی پیرامون اجسام، در بسیاری از سیستم‌های مهندسی نظیر خنک‌کاری قطعات الکترونیکی نقش به‌سزایی دارد. در این تحقیق، جریان سیال و انتقال حرارت ناشی از دو سیلندر مربعی پشت سرهم به‌صورت عددی شبیه‌سازی گردید. شبیه سازی ها در بازه‌ای از اعداد ریچاردسون بین 0 تا 2 و برای اعداد رینولدز 40 و150، با نسبت فاصله‌ی بین سیلندری 1 تا 4 و سیال هوا با عدد پرانتل 0/7 انجام شد. تحلیل‌ها در دو پیکربندی برای جریان دائم (عدد رینولدز40) و جریان غیردائم (عدد رینولدز150) شامل جابه‌جایی ترکیبی با حالت شناوری هم‌جهت و متقاطع با جریان اجباری صورت گرفت و اثر تغییرات عدد ریچاردسون، نسبت فاصله‌ی بین سیلندری و عدد رینولدز بر ساختار میدان جریان، نرخ انتقال حرارت و نیروهای وارد بر سیلندر بررسی گردید. علاوه بر این، رفتار جابه‌جایی آزاد  و اجباری به‌منظور مقایسه و تحلیل جامع‌تر مورد مطالعه قرار گرفتند. شبیه‌سازی‌ها در حالت دوبعدی، با فرض خواص ترموفیزیکی ثابت، بدون درنظرگرفتن منبع حرارتی حجمی در سیال و با صرف‌نظر از اثرات استهلاک ویسکوز، بر اساس تقریب بوزینسک و در نرم‌افزار انسیس فلوئنت انجام شد. حل عددی برای عدد رینولدز 40 به‌صورت پایا و برای عدد رینولدز 150 به‌صورت ناپایا صورت گرفت. بررسی حاضر نشان می‌دهد که ابعاد دامنه محاسباتی نقش قابل توجهی در نتایج نهایی دارند. یافته‌ها حاکی از آن است که در حضور نیروی شناوری، الگوی جریان و ساختار گردابه‌ها دست‌خوش تغییر شده و برخلاف حالت جابه‌جایی اجباری، رفتار گردابه‌ها در ناحیه پشت سیلندرها به مقدار عدد ریچاردسون شدیدا وابسته است. نتایج نشان داد که در عدد رینولدز 40 برای همه اعداد ریچاردسون بررسی شده شامل جابجایی اجباری و ترکیبی جریان سیال از نوع دائم باقی می‌ماند در حالی که در عدد رینولدز 150  در جابه‌جایی اجباری و ترکیبی متقاطع، جریان غیردائم  امادر حالت شناوری کمکی، نوسانات جریان مستهلک و جریان دائم می‌شود. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می‌دهد که در عدد رینولدز 150، با افزایش عدد ریچاردسون، عدد ناسلت هر دو سیلندر در هر دو حالت شناوری متقاطع و کمکی نسبت به جابجایی اجباری افزایش می‌یابد.  همچنین در تمامی مقادیر عدد ریچاردسون در شناوری متقاطع، مقدار عدد ناسلت سیلندر اول از سیلندر دوم بیشتر است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می‌دهد که در عدد رینولدز 150در جهت شناوری کمکی،  مقدار ضریب درگ متوسط با افزایش عدد ریچاردسون مابین 0/5 تا 2  برای هر دو سیلندر افزایش می‌یابد به‌طوری که برای سیلندر اول در تمامی اعداد ریچاردسون کمتر از حالت جابه‌جایی اجباری باقی می‌ماند و برای سیلندر دوم، با افزایش عدد ریچاردسون، ضریب درگ متوسط از مقدار متناظر در جابه‌جایی اجباری فراتر می‌رود. مثلا این افزایش در عدد ریچاردسون ۲ و فاصله‌ی ۴ حالت شناوری کمکی برای سیلندر دوم، باعث افرایش 2/2 برابری ضریب درگ متوسط نسبت به حالت جابه‌جایی اجباری می‌شود. در جهت شناوری متقاطع نیز با افزایش عدد ریچاردسون مابین 0/5 تا 2، ضریب درگ متوسط برای هر دو سیلندر افزایش می‌یابد به‌گونه‌ای که در تمام مقادیر اعداد ریچاردسون، ضریب درگ متوسط هر دو سیلندر کمتر از حالت جابه‌جایی اجباری است.