چکیده
مبدل های حرارتی به صورت جداگانه یا به عنوان جزیی از سیستم های حرارتی بزرگ در انواع گسترده ای از کاربردهای تجاری، صنعتی و خانگی از قبیل سیستم های تهویه مطبوع، تبرید، تولید توان، صنایع هوا و فضا، خودروسازی، فرآیندهای ساخت، خنک کاری تجهیزات الکترونیکی و کاربردهای مهندسی شیمی و محیط زیست و... استفاده می شوند. موضوع افزایش انتقال حرارت توجه زیادی را برای توسعه مبدل های حرارتی فشرده به منظور دستیابی به راندمان بالا، هزینه پایین، وزن سبک و اندازه تا حد امکان کوچک، به خود جلب کرده است. روشجهای متعددی برای افزایش نرخ انتقال حرارت در مبدل های حرارتی از جمله قرار دادن مغشوش کننده های جریان، زبر کردن سطوح و استفاده از نانوسيالات به عنوان روش های موثرتر مطرح شده است. با توجه به بررسی های انجام گرفته، تاکنون ترکیب دو روش افزایش انتقال حرارت یعنی کاربرد همزمان مولدهای گردابه و نانوسيالات به عنوان روش های غیر فعال افزایش انتقال حرارت، به منظور بهبود عملکرد مبدل های حرارتی لوله-پره در منابع گزارش نشده است و تمام موارد موجود مربوط به استفاده از هر کدام از این دو عامل به تنهایی با هدف افزایش عملکرد مبدل های حرارتی می باشد. در مطالعه حاضر، تاثیر محل و هندسه مولد گردابه در جریان آشفته داخل کانال مستطیلی بر میدان انتقال حرارت به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است، مولدهای گردابه مثلثی با اندازه متفاوت در جاهای مختلف داخل کانال قرارداده شده اند، تا تأثیر آن بر عدد ناسلت و ضریب اصطکاک بررسی شود. مدل هایB، H و D و F دارای مولد گردابه مثلثی هستند. مولد گردابه مدل H با ابعاد بزرگتر از مدل های دیگر است سپس به ترتیب مدلهای B و D و F می باشند. به صورت کلی مولد گردابه، شدت توربولانس را افزایش میدهد و ضریب انتقال حرارت جابجایی را بهبود می دهد و مومنتم جریان بین لایه مرزی و جریان اصلی افزایش پیدا میکند و بالاخره انرژی به داخل لایه مرزی منتقل می شود و انتقال حرارت بیشتر میشود. در حالت مولد گردابه مثلثی نتایج نشان داد که با زیاد شدن ابعاد هندسه آن، انتقال حرارت افزایش پیدا می کند. ضریب عملکرد حرارتی حالتB،H و D در رینولدز ۲۰۰۰۰ به ترتیب به میزان 1/14 ٪،2/10 و 2 / 5 ٪ از حالت F بیشتر میباشد. همچنین تغییر هندسه مولد گردابه از مثلثی به مستطیلی انتقال حرارت را افزایش می دهد به طوریکه عدد ناسلت و ضریب اصطکاک حالت A در رینولدز ۲۰۰۰۰ به ترتیب به میزان 46/ 17 ٪ و 7 / 39 ٪ در مقایسه باحالت B افزایش پیدا کرده است. در حالت مولد گردابه مستطیلی ضریب عملکرد حالت لدر رینولدز ۲۰۰۰۰ به ترتیب به میزان ۲۱۶ و ۲۰٪ بالاتر از حالتهای G و A می باشد. ضریب عملکرد
کلمات کلیدی: انتقال حرارت، عدد ناسلت، ضريب اصطکاک، ضريب عملکرد حرارتی، مولد گردابه
فهرست
چکیده1
فصل اول: کلیات
1-1- مقدمه 2
1-2- اهمیت افزایش انتقال حرارت 3
1-3 روشهای افزایش انتقال حرارت 4
1-3-1 روشهای فعال 5
1-3-2 روشهای غیرفعال 5
1-3-3 روشهای ترکیبی 6
1-4 مولدهای گردابه 6
1-4-1 انواع مولدهای گردابه 7
1-4-2 ساختار جریان پشت مولد گردابه 8
1-5 فناوری نانو 9
1-5-1- کاربردهای فناوری نانو 10
1-6- نانو سیال 10
1-6-1- کاربردهای نانو سیال 11
1-6-2- تأثیر حضور نانو ذرات بر فرآیند انتقال حرارت 11
1-7- ساختار کلی پایان‌نامه 13
فصل دوم: مروری بر پژوهش‌های پیشین
2-1- مقدمه 14
2-2- اهداف تحقیق 23
2-3- نوآوری تحقیق حاضر 23
فصل سوم: معادلات حاکم
3-1- تعریف مسئله 25
3-2- خواص فیزیکی نانو سیال 26
3-3- خواص مواد 28
3-4- شکل کلی معادلات حاکم بر جریان سیال 28
3-5- مدلهای گردابه لزج 30
3-6- حل معادلات حاکم 33
3-7- شرایط مرزی 34
3-7-1- شرط مرزی سرعت ورودی معلوم 34
3-7-2- شرط مرزی فشار خروجی معلوم 34
3-7-3- شرط مرزی عدم لغزش روی دیواره 34
3-7-4- شرط مرزی تقارن 35
3-8- شرایط مرزی هندسه 35
فصل چهارم: نتايج و بررسی
4-1- مقدمه 37
4-2- شبیه سازی عددی 37
4-3- روشهای محاسباتی 38
4-3-1- روش تفاضل محدود 38
4-3-2- روش المان محدود 39
4-3-3- روش حجم محدود 39
4-4- معرفی نرم افزار کامسول 40
4-5- اعتبار سنجی 42
4-6- اثر مولد گردابه 45
4-6-1- اثر مولد گردابه مثلثی 47
فصل پنجم: نتیجه گیری وپیشنهادها
5-1- نتیجه گیری 58
5-2- پیشنهادات 59
منابع61
فهرست جدول ها
جدول 3-1خواص آلومینیوم28
جدول 3-2 خواص آب28
جدول 3-3 خواص Al2O3 28
فهرست شکل ها
شکل 1 1 روشهای فعال افزایش انتقال حرارت (الف) میدان الکتریکی (ب) مگنوهیدرودینامیک5
شکل 1 2 روشهای غیرفعال افزایش انتقال حرارت (الف) اتصال پره- لوله (ب) پره باد گیردار6
شکل 1 3 ترکیب الکتروهیدرودینامیک و کانال شیاردار6
شکل 1 4 انواع مختلف مولد گردابه7
شکل 1 5 استفاده از جفت مولد گردابه مثلثی8
شکل 1 6 نمایی شماتیک از گردابه های تشکیل شده پشت مولد گردابه مثلثی9
شکل 2-1 هندسه مولد گردابه مثلثی15
شکل 2-2 مدل محاسباتی و جزئیات هندسه16
شکل 2-3 شماتیک مولدهای گردابه: (الف) زاویه حمله یک مولد گردابی؛ (ب) طرح جریان مشترک16
شکل 2-4 مدل فیزیکی و پارامترهای هندسی مربوط به یک کانال در تحقیق حاضر17
شکل 2-5 هندسه مولد گردابه مورد مطالعه 17
شکل 2-6 شماتیک مدل آزمایشگاهیدر تحقیق ژو و فنگ18
شکل 2-7 مش بندی هندسه شبیه سازی شده (a) نمای شماتیک از شبکه سه بعدی، (b) شبکه در صفحه X-y است، (c) شبکه در صفحه x-z (d) شبکه در صفحه y-z. 18
شکل 2-8 دامنه محاسباتی به همراه شرایط مرزی در نحقیق حاضر19
شکل 2-9 نمای کلی از کانال20
شکل 2-10 جزئیات ابعاد در نظر گرفته در شبیه سازی در تحقیق حاضر21
شکل 2-11 نمای مقطعی از PDWVGs در داخل لوله ی داخلی21
شکل 2-12 پایان نمایش از لوله با درج22
شکل 2-13 مختصات سیستم حرارتی23
شکل 3-1 هندسه کانال بامولد گردابه26
شکل 3-2 شماتیک شرط مرزی تقارن35
شکل 3-3 الگوریتم حل36
شکل 4-1 نمایی از شبكه تولید شده )الف( : مش نزدیک دیواره، )ب( مش نزدیک مولد گردابه42
شکل 4-2 الف- عدد ناسلت در شبكه بندی مختلف کانال بامولد گردابه ب- در شبكه بندی مختلف کانال بامولد گردابه43
شکل 4-3 اعتبارسنجی حل: الف: عدد ناسلت کانال با مولد گردابه، ب- ضریب اصطكاک کانالج- ضریب اصطكاک کانال با مولد گردابه45
شکل 4-4 انواع حالات مولد گردابه 46
شکل 4-5 عدد ناسلت کانال بامولد گردابه مثلثی در حالت های(B,D,F,H) 47
شکل 4-6 ضریب اصطكاک حالت های B,D,F,H وکانال ساده48
شکل 4-7 الف- خطوط جریان در کانال ساده در رینولدز ، 15000ب- خطوط جریان درکانال بامولد گردابه حالت. Hدر رینولدز 150050
شکل 4-8 افت فشار در حالت کانال ساده (،ب) افت فشار در حالت H52
شکل 4-9 الف- سرعت سیال در مقاطع مختلف در کانال ساده در رینولدز ،15000ب- سرعت سیال درکانال بامولد گردابه حالت Hدر رینولدز 150054
شکل 4-10 الف- دمای سیال در مقاطع مختلف در کانال ساده در رینولدز 15000ب- دمای سیال درمقاطع مختلف در کانال بامولد گردابه حالت Hدر رینولدز156
شکل 4-11 ضریب عملكرد حرارتی 57
برچسب ها:
جریان نانو سیال تکفازی میکروکانال سه بعدی مولد گردابه