متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی مكانيك

گرایش :تبديل انرژي

عنوان : مدل‌سازی عددی جریان سیال غیرنیوتونی قاعده تواني و تأثیر گام طولی و عرضی بر عملكرد مبدل حرارتي

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد ساری

دانشکده فنی و مهندسی

پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد (M.Sc.)

رشته مهندسی مكانيك-تبديل انرژي

عنوان :

مدل‌سازی عددی جریان سیال غیرنیوتونی قاعده تواني و تأثیر گام طولی و عرضی بر عملكرد مبدل حرارتي

 

استاد راهنما:

جناب آقای دکتر مهران خاکی

زمستان 93

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

فهرست مطالب

          عنوان                                                                                           صفحه

فصل اول: كليات

1-1-اهميّت بررسي جريان اطراف لوله‌ها 5

1-2-محتواي فصل هاي بعدي.. 7

فصل دوم:  مروري بر ادبيات تحقيقات

2-1-جريان سيالات نيوتني روي دسته لوله 9

2-2-جريان سيالات غيرنيوتني روي دسته لوله 12

فصل سوم: انواع و مشخصات سيالات غير نيوتوني

3-1-تعريف ويسكوزيته: 16

3-2-سيال نيوتني. 17

3-2-1-تنش برشي ….. 17

3-3-سيالات غيرنيوتني. 18

3-3-1-تقسيم‌بندي سيالات غيرنيوتني. 18

3-3-1-1-سيالات غيرنيوتني مستقل از زمان: 19

3-3-1-2-سيالات غيرنيوتني تابع زمان. 24

3-3-1-3-سيالات تيكسوتروپيك25

3-3-1-4-سيالات رئوپكتيك26

3-3-1-5-سيالات ويسكوالاستيك27

3-4-مايعات پليمر. 27

3-4-1-محلول كربوكسي متيل سلولز يا C.M.C.. 27

3-4-2-ويژگي‌هاي كاربردي محلول C.M.C.. 28

3-4-3-خواص فيزيكي. 28

3-4-4-كاربردهاي محلول C.M.C.. 29

3-4-5-بررسي تجربي رفتار رئولوژيكي محلول كربوكسي متيل سلولز يا C.M.C.. 32

فصل چهارم: مدل سازي رياضي

4-1 هندسه مسئله 36

4-2  فرضیات مسئله 37

4-3 معادلات حاکم بر جریان سیال. 39

4-3-1-معادلات حاكم………………………………………………………………………………………………………………. 37

4-3-2 معادله پيوستگي……………………………………………………………………………………………………………….. 38

4-3-3  اصل بقاء اندازه حركت(قانون دوم نيوتن) 40

4-3-3-1-اصل بقاء اندازه حركت براي سيالات نيوتني. 40

4-3-3-2- اصل بقاء اندازه حركت براي سيالات غير نيوتني. 44

4-4-اصل بقاء انرژي (قانون اول ترموديناميك) 49

4-4-1-اصل بقاء انرژي براي سيالات نيوتني. 45

4-4-2-اصل بقاء انرژي براي سيالات غير نيوتني……………………………………………………. 48

4-5-معادله‌هاي بي‌بعد………………………………………………………………………………………………………………… 48

4-6-محاسبه عدد ناسلت……………………………………………………………………………………………………………. 49

4-7-شرايط مرزي………………………………………………………………………………………………………………………. 50

4-8-شبيه سازي و مدل‌سازي مساله 51

4-8-1-شبكه بندي…………………………………………………………………………………………………………………….. 51

4-8-2-مدل سازي و شبيه سازي.. 52

4-8-2-1-خواندن شبكه در فلوئنت……………………………………………………………………………………………. 52

4-8-2-2-ارائه مقياس و واحدهاي مناسب شبكه در فلوئنت.. 53

4-8-2-3-نمودار باقيمانده معادلات پيوستگي ، اندازه حركت و انرژي………………………………………… 54

4-8-2-4-تصوير خام شبكه در نرم افزار فلوئنت.. 55

4-9-اعتبار سنجي……………………………………………………………………………………………………………………….. 55

 

فصل پنجم: نتيجه گيري

5-1-گرفتن نتایج از نرم افزار 63

5-1-1- نتایج مدل سازی.. 63

5-1-2- بررسی میدان فشار در مبدل. 63

5–1-3-بررسی میدان دما در مبدل. 63

5-1-4- بررسی توزیع سرعت در مبدل حرارتی. 71

5-2-5- بررسی عملکرد سیال در دماهای متفاوت ورودی.. 74

5-2-نمودار Plot xy : 77

5-3- نمودار Histogram (پلكاني): 78

5-4-بررسي تغييرات عدد ناسلت.. 78

5-5-بررسي اثرات مشخصات سيالات غيرنيوتني. 81

5-5-1-بررسي پروفيل سرعت در مقاطع مختلف استوانه 81

5-6-تأثير تغييرات گام طولي بر روي افت فشار 85

5-7-تأثير تغييرات گام عرضي بر روي تغييرات فشار 86

5-8- نمودارهاي نقطه اي xyplotدر نقطه اي به نام point5 86

5-9- نتيجه گيري.. 93

5-10-پيشنهادات……………………………………………………………………………………………………………………….. 94

مراجـع: 95

چکیده انگلیسی…………………………………………………………………………………………………………….98

 

فهرست جداول

      عنوان                                                                                                     صفحه

جدول3-1 الگوهاي مختلف براي تنش برشي سيالات غيرنيوتني مستقل از زمان………………………………… 21

جدول 3-2 ضرايب معادلات n و k بر حسب t………………………………………………………………………………… 34

 

فهرست اشكال

عنوان                                                                                                 صفحه

شكل3-1-حركت برشي آرام بين دو صفحه موازي براي سيال نيوتني در حالت پايدار……………………………… 17

شكل3-2-طبقه بندي سيالات غيرنيوتني………………………………………………………………………………………………. 19

شكل3-3-منحني جريان سيالات مستقل از زمان……………………………………………………………………………………. 20

شكل3-4-منحني لگاريتمي جريان سيال شبه پلاستيك………………………………………………………………………….. 23

شكل3-5-تغييرات ويسكوزيته –شدت برش سيالات غيرنيوتني فاقد تنش تسليم ……………………………………. 24

شكل 3-6-منحني هاي جريان سيالات غيرنيوتني تابع زمان در آزمايشات منفرد پايدار……………………………… 25

شكل 3-7-نمودار تغييرات ويسكوزيته نسبت به زمان سيال وابسته به زمان……………………………………………… 26

شكل 3-8 نمودار شاخص پايدار سيال K بر حسب درجه حرارت t در غلظت هاي مختلف……………………. 33

شكل 3-9-نمودار شاخص رفتار ساختاري سيال n بر حسب درجه حرارت t در غلظت هاي مختلف………. 33

شكل 4-1-چهار لوله با آرايش هم خط در معرض جريان يكنواخت با سرعت U و درجه حرارت T0……… 37

شكل 4-2- حجم كنترل براي بدست آوردن معادله پيوستگي…………………………………………………………………. 39

شكل 4-3-الماني براي بدست آوردن اصل بقاء اندازه حركت……………………………………………………………….. 41

شكل 4-4-الماني براي بدست آوردن اصل بقاء انرژي…………………………………………………………………………… 45

شكل 4-5-شبكه رسم شده در نرم افزار انسيس…………………………………………………………………………………… 52

شكل 4-6-شبكه خوانده شده در نرم افزار فلوئنت………………………………………………………………………………. 53

شكل4-7-نمودار باقيمانده در نرم افزار فلوئنت……………………………………………………………………………………. 54

شكل 4-8-تصوير خام شبكه ايجاد شده در انسيس………………………………………………………………………………. 55

شكل 4-9-تأثير گام عرضي(SL) بر روي پروفيل سرعت در رينولدز80=Re………………………………………….. 56

شكل 4-10-ميدان سرعت در اطراف چهار لوله درون مبدل…………………………………………………………………… 57

شكل 4-11-ميدان فشار در اطراف چهار لوله درون مبدل حرارتي…………………………………………………………. 57

شكل 4-12-توزيع دما در مبدل حرارتي در اطراف چهار لوله درون مبدل……………………………………………….. 58

شكل 4-13-تأثير گام عرضي (SL) بر روي خطوط همدما در رينولدز80=Re………………………………………… 59

شكل 4-14-تأثير گام عرضي در توزيع دماي سيال درون مبدل………………………………………………………………. 60

شكل 5-1-نماي نزديك‌تر در توزيع فشار در سرعت 1414/0 متر بر ثانيه……………………………………………… 64

شكل 5-2-نمايش توزيع فشار در اطراف چهار لوله در سرعت 1414/0متر بر ثانيه…………………………………. 65

شكل 5-3-توزيع فشار در اطراف چهار لوله در سرعت 7 متر بر ثانيه…………………………………………………….. 66

شكل 5-4-توزيع فشار در صفحه خروجي مبدل حرارتي………………………………………………………………………. 66

شكل 5-5-نمايش توزيع فشار در سرعت 14 متر بر ثانيه………………………………………………………………………. 67

شكل 5-6-توزيع دما درون مبدل در سرعت ورودي 1414/0 متر بر ثانيه………………………………………………. 68

شكل 5-7-توزيع دما در اطراف چهار لوله در سرعت ورودي 1414/0 متر بر ثانيه………………………………….. 68

شكل 5-8-توزيع دما در اطراف چهار لوله در سرعت ورودي 2449/0 متر بر ثانيه………………………………….. 69

شكل 5-9-توزيع دما در صفحه عمودي وسط مبدل حرارتي………………………………………………………………….. 69

شكل 5-10-توزيع فشار استاتيك در صفحه خروجي مبدل حرارتي……………………………………………………….. 70

شكل 5-11-توزيع دما در اطراف چهار لوله در سرعت ورودي 14 متر بر ثانيه……………………………………….. 70

شكل 5-12-توزيع سرعت در صفحه خروجي مبدل حرارتي…………………………………………………………………. 71

شكل 5-13-توزيع سرعت سيال در صفجه ورودي مبدل حرارتي…………………………………………………………… 72

شكل 5-14-توزيع سرعت سيال در صفحه عمودي وسط مبدل حرارتي (بين لوله‌هاي چپ و راست)……….. 72

شكل 5-15-پروفيل سرعت سيال نيوتني در صفحه ورودي مبدل حرارتي………………………………………………. 73

شكل 5-16-پروفيل سرعت سيال نيوتني در صفحه خروجي مبدل حرارتي…………………………………………….. 74

شكل 5-17-توزيع دما در اطراف چهار لوله درون مبدل ……………………………………………………………………….. 75

شكل 5-18-توزيع سرعت سيال در اطراف چهار لوله ………………………………………………………………………….. 75

شكل 5-19-توزيع دما در اطراف چهار لوله مبدل حرارتي…………………………………………………………………….. 76

شكل 5-20-نمودار تغييرات فشار در جابجايي بين 8-تا8 متر………………………………………………………………. 77

شكل 5-21 نمودار تغييرات مقدار سرعت در جابجايي بين 8-تا 8 متر………………………………………………….. 77

شكل 5-22-نمودار تغييرات فشار استاتيك بر حسب پاسكال(نمودار پلكاني)…………………………………………. 78

شكل 5-23 نمودار تأثير شاخص رفتار سيال بر روي عدد ناسلت در 5=Re…………………………………………… 79

شكل 5-24-نمودار تأثير شاخص رفتار سيال بر روي عدد ناسلت در 10=Re……………………………………….. 79

شكل 5-25-نمودار تأثير شاخص رفتار سيال بر روي عدد ناسلت در 15=Re……………………………………….. 80

شكل 5-26-نمودار تأثير رفتار سيال بر روي عدد ناسلت در 20=Re……………………………………………………. 80

شكل 5-27-نمودار تأثير شاخص رفتار سيال بر روي عدد ناسلت در 50=Re……………………………………….. 81

شكل 5-28-پروفيل سرعت در ورودي لوله در 20=Re ………………………………………………………………………. 82

شكل 5-29-پروفيل سرعت قبل از لوله جلويي در 20=Re…………………………………………………………………… 82

شكل 5-30-پروفيل سرعت روي لوله جلويي در 20=Re……………………………………………………………………… 83

شكل 5-31-پروفيل سرعت بين لوله ها در رينولدز 20=Re………………………………………………………………….. 83

شكل 5-32-پروفيل سرعت روي لوله عقبي در 20=Re……………………………………………………………………….. 84

شكل 5-33-پروفيل سرعت بعد از لوله عقبي در 20=Re……………………………………………………………………… 84

شكل 5-34-تأثير گام طولي بر روي تغييرات فشار در مركز لوله با 75=Re……………………………………………. 85

شكل 5-35-تأثير گام عرضي بر روي تغييرات فشار در مركز لوله با 75=Re………………………………………….. 85

شكل 5-36-نمودار فشار استاتيك بر حسب پاسكال در جابجايي بين 8-تا 8 متر براي ورودي و خروجي

و point5…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 87

شكل 5-37-نمودار فشار استاتيك بر حسب پاسكال در جابجايي 8-تا8 متر براي كل محيط پيوسته…………. 87

شكل 5-38-نمودار فشار استاتيك برحسب پاسكال در جابجايي 8-تا 8 متر براي ديواره‌هاي چهار لوله و ديواره مبدل و point5          88

شكل 5-39-نمودار فشار استاتيك بر حسب پاسكال در جابجايي بين 8-تا 8 متر براي ورودي تا خروجي

مبدل حرارتي…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 88

شكل5-40-نمودار مقدار سرعت در جابجايي بين 8-تا 8 متر براي كل محيط پيوسته …………………………….. 89

شكل 5-41-نمودار مقدار سرعت در جابجايي بين 8-تا 8 متر براي ورودي و خروجي و point5………….. 89

شكل 5-42-نمودار مقدار سرعت در جابجايي بين 8-تا 8 متر براي ديواره هاي چهار لوله و point5……… 90

شكل 5-43 نمودار مقدار سرعت در جابجايي بين 8-تا8 متر براي ورودي تا خروجي مبدل حرارتي……….. 90

شكل 5-44-نمودار مقدار دما در جابجايي بين 8-تا 8 متر براي ورودي و خروجي و point5………………… 91

شكل 5-45-نمودار مقدار دما در جابجايي بين 8-تا 8 متر براي ديواره هاي چهار لوله و ديواره مبدل حرارتي

و point5…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 91

شكل 5-46-نمودار مقدار دما در جابجايي بين 8-تا8 متر براي كل محيط پيوسته……………………………………. 92

 

چكيده:

امروزه از سیستم­های مختلفی استفاده می­شود که در آن­ها برای انتقال حرارت از جریان سیال عمود بر یک دسته لوله استفاده شده است. از جمله پرکاربردترین این سیستم­ها می­توان به مبدل­های حرارتی راکتورهای هسته­ای و خنک­کاری پره توربین اشاره کرد. در این سیستم­ها بسیاری از سیالات استفاده شده كه خواص رئولوژیکی غیرنیوتونی دارند؛ در این پژوهش به کمک دینامیک سیالات محاسباتی دو بعدی، رفتار جریان سیال غیر نیوتونی قاعده تواني در محدوده رینولدز 20 تا 50، در جریان عمود بر چهار لوله موازی بررسی شده­است. برای ایجاد هندسه و شبکه­بندی از نرم­افزار انسیس و برای حل معادلات حاکم با روش حجم محدود و تحلیل دینامیکی نتایج از نرم­افزار فلوئنت استفاده شده­است. در اين پايان نامه بررسي عددي سيالات غير نيوتني قاعده تواني در روي دسته لوله‌هاي با آرايش مستطيلي و همين‌طور شرايط هيدروديناميكي و حرارتي با شرايط مرزي دماي ثابت مورد مطالعه قرار گرفته است و لذا ضمن بررسي پارامترهاي مؤثر بر ميزان انتقال حرارت و افت فشار، اثرات پارامترهاي رئولوژيكي سيال غيرنيوتني در مبدل‌هاي حرارتي در اين پايان نامه مورد توجه مي‌باشد. در اين راستا معادله پيوستگي، معادلات اندازه حركت، معادله انرژي همراه با معادله اساسي رئولوژيكي به طور همزمان حل شده است. نتايج حاصل از اين مدلسازي نشان مي‌دهد با افزايش شاخص رفتار سيال، تنش برشي زياد شده است و انتقال حرارت زياد مي‌شود و همچنين با افزايش گام عرضي عدد ناسلت زياد شده و باعث افزايش انتقال حرارت مي‌شود. در نهایت روابط اعداد بی­بعد رینولدز و نوسلت تعیین و تاثیر پارامترهای رئولوژیکی بر رژیم جریان بررسی شد‌ه است. نتايج بيانگير اين است كه در مقادير ثابت عدد رينولدز، با افزايش مقدار پرانتل، مقدار ناسلت افزايش مي‌يابد كه علت آن كاهش ضخامت لايه مرزي گرمايي در آن سطر مي‌باشد. در مقادير ثابت عدد پرانتل با افزايش شاخص رفتار سيال مقدار ناسلت افزايش مي‌يابد و در  تغييرات ناسلت ناچيز بوده و از  تغييرات ناسلت افزايش پيدا مي‌كند.

 

فصل اوّل:

كليــات

 

در علم مكانيك سيالات دو نگرش نظري و تجربي وجود دارد كه به بررسي رفتار ديناميكي سيال مي‌پردازد. در نگرش نظري، هيدروديناميك، علم مكانيك سيالات، با معادلات حركت اويلر در مورد يك سيال ايده‌آل فرضي شروع شده و تا حد قابل‌توجهي در اواخر قرن نوزدهم پيشرفت نمود. بطوريكه در مواردي جوابگوي موضوعات مكانيك سيالات بود.ولي در عرصه علم هيدروليك كه متكي بر تجربيات آزمايشگاهي مي‌باشد، علم كلاسيك هيدروديناميك در تعارض با نتايج تجربي بوده بطوريكه با رشد تكنولو‍ژي ديگر معادلات حركت اويلر جوابگوي مسائل علمي در زمينه سيالات نبود. بديهي است كه علت اختلاف بين نتايج هيدروديناميك كلاسيك و علم هيدروليك مبتني بر تجربه، صرف نظر كردن از اصطكاك سيال مي‌باشد. با ارائه معادلات حركت سيالات با اصطكاك (معادلات ناوير- استوكس[1]) راه حل حركت سيالات توام با اصطكاك با بهره گرفتن از علوم رياضي و روش‌هاي عددي ارائه شده، هموار شده است. حل معادلات حاكم در مكانيك سيالات يكي از مطرح ترين مسائل در علوم مهندسي است. در ابتدا دو شاخه مختلف ديناميك سيالات با همديگر تركيب شده و روابط زيادي بين تجربه و نظري به دست آمد و راه را براي توسعه موفقيت آميز مكانيك سيالات باز نمود. با بهره گرفتن از اصول نظري و برخي آزمايش‌هاي ساده، پرانتل اثبات نموده كه جريان در اطراف يك جسم جامد را مي‌توان به دو ناحيه تفكيك نمود. لايه بسيار نازك در مجاورت جسم (لايه مرزي[2]) كه در آن اصطكاك نقش مهمي دارد و ناحيه خارج از اين لايه كه مي‌توان از اصطكاك صرفنظر نمود. بدين ترتيب او اولين قدم را جهت يكي ساختن تئوري و عمل برداشت. در اغلب موارد فرمولبندي قوانين پايه مكانيك سيالات، به صورت معادلات ديفرانسيل جزئي[3] در مي‌آيد كه بيشترمعادلات به صورت ديفرانسيل پاره‌اي مرتبه دوم ظاهر مي‌شوند و بنابراين در مكانيك سيالات و انتقال حرارت از اهميت ويژه‌اي برخوردارند. عموماً، معادلات حاكم در مكانيك سيالات يك مجموعه معادلات پاره‌اي غيرخطي و وابسته را ايجاد مي‌كنند كه بايد در يك قلمرو ناهموار با شرايط اوليه و مرزي مختلف حل شوند. در بيشتر موارد، حل تحليلي معادلات مكانيك سيالات بسيار محدوداست. با اعمال شرايط مرزي، اين محدوديت‌ها بيشتر مي شود. مكانيك سيالات تجربي مي‌تواند اطلاعات مورد نياز يك ميدان جريان خاص را فراهم كند. در هرحال به علت محدوديت‌هاي تجهيزاتي، مانند اندازه نمونه آزمايش و تجهيزات آزمايشگاهي و همچنين مشكلات ناشي از عدم تشابه كامل با ميدان جريان واقعي، كسب اطلاعات آزمايشگاهي در بيشتر ميدان‌هاي جريان غيرعملي است.

به هرحال از نتايج آزمايشگاهي براي اثبات درستي حل معادلات رياضي استفاده مي‌شود. پس در طراحي، نتايج آزمايشگاهي و نتايج محاسباتي معادلات در كنار يكديگر بكار مي‌روند. روشي كه در سال‌هاي اخير رواج زيادي يافته، در واقع روش ديناميك سيالات عددي است. البته تحليل عددي از گذشته هاي دور دراز مطرح بوده است. در هر حال پيشرفت هاي بدست آمده در امر ساخت كامپيوترها كه سبب افزايش حافظه و كارايي شده، امكان حل معادلات مكانيك سيالات را با بهره گرفتن از روش‌هاي عددي مختلفي فراهم كرده است. برخلاف مكانيك سيالات تجربي، شرايط جريان در ابعاد و اندازه‌هاي آن به راحتي قابل تغييرند تا اهداف طراحي مختلفي را بتوان برآورده كرد.]1[.

در طول ساليان اخير، صنايع غذايي، دارويي و شيميايي براي رفع نيازهاي بشر، توسعه روز افزوني يافته‌اند. در فرآيند توليد محصولات در اين صنايع، عموماً با سيالات جديدي مواجه مي‌شوند كه رفتار برشي آنها را با بهره گرفتن از روابط مربوط به سيالات نيوتني نمي‌توان بررسي نمود. از طرفي شمار زيادي از سيالاتي كه در صنعت كاربرد داشته و داراي مشخصه «برش رقيق[4]» و«برش غليظ[5]» مي‌باشند، سيال قاعده تواني[6] ناميده مي‌شود. تعدادي از اين سيالات معروف در صنعت از قبيل محلول‌ها و مذاب‌هاي پليمري جامدات معلق در مايعات، امولسيون‌ها و موادي كه دو خاصيت ويسكوز و الاستيك را توامان دارند و به ويسكو الاستيك‌ها معروف هستند و پلاستيك‌هاي گداخته شده، پليمرها، جسم خمير مانند و غذاها، رفتار سيال غير نيوتني از خود نشان مي‌دهند. بررسي اين سيالات موجب پيدايش علم جديدي به نام رئولوژي[7] شده است.

در صنايع زيادي كه از سيالات غير نيوتني استفاده مي‌شود. از آن جمله مي‌توان به صنايع توليد مانند لاستيك‌ها، پلاستيك‌ها، الياف مصنوعي، صابون‌ها و شوينده‌ها، صنايع نفت و پتروشيمي، صنايع داروسازي، پزشكي، انرژي اتمي، كارخانه‌هاي سيمان، صنايع غذايي، صنايع چوب و كاغذ، مواد شيميايي سبك و سنگين اشاره نمود. همچنين برخي از فرآيندهاي صنعتي، فرآيندهاي تخميري، از قبيل فرايندهاي سنگ‌هاي معدني، صنايع چاپ و رنگ از سيالات غيرنيوتني استفاده مي‌شود، با توجه به كاربرد وسيعي كه سيالات غيرنيوتني دارند ميتوان به ارزش و اهميت بررسي اين سيالات پي برد.

فرآيندهاي انتقال حرارت در طيف وسيعي از كاربردهاي صنعتي (بيوشيميايي، صنايع غذاي، پليمرو…) وجود دارند. مسائل مربوط به جريان آرام و انتقال حرارت با جابجايي اجباري در يك كانال در طراحي مبدل‌هاي حرارتي، خنك كاري سيستم‌هاي الكترونيكي و غيره، اهميت بسزايي دارد. از طرفي مبدل‌هاي حرارتي از تجهيزات اصلي انتقال حرارت مي‌باشند و بهينه‌سازي در طراحي آنان از نظر افت فشار سيال و شدت انتقال گرما براي سيالات مختلفي كه در آنها جاري هستند مورد توجه خاص علوم مهندسي مي‌باشد.]1[و ]2[.

1-1-اهميّت بررسي جريان اطراف لوله‌ها

بررسي جريان و انتقال حرارت سيالات نيوتني و غيرنيوتني حول يك لوله و يا يك دسته لوله از اهميّت بسزايي برخوردار است و در بسياري از پديده‌هاي مهندسي همانند طراحي مبدل‌هاي حرارتي، رآكتورهاي هسته‌اي و شيميايي، پره‌هاي توربين و كمپرسور وغيره كاربرد دارد وسيعي دارد. به همين جهت موضوع مهمي براي تحقيق در ديناميك سيالات و انتقال حرارت گرديده است. هر كدام از دستگاه‌هاي فوق كاربردهاي فراواني در صنايع پتروشيمي، پليمر، صنايع غذايي و دارويي و … خواهند داشت و واضح است كه اكثراً با يك دسته لوله سروكار خواهيم داشت كه مي‌تواند آرايش‌هاي مختلفي داشته باشد. مثلاً در مبدل‌هاي حرارتي كه يكي از اجزاء مهم در نيروگاهها، صنايع فرآيندي و شيمياي، گرمايش، تهويه مطبوع، تبريد، خنك كاري سيستم‌هاي الكترونيكي و غيره مي باشد، انتقال گرما به يا از مجموعه لوله‌هاي عمود بر جريان وجود دارد كه مي‌تواند توليد بخار در ديگ بخار، چگالش بخار در كندانسور و سرمايش هوا در يك دستگاه تهويه مطبوع باشد. در اين راستا در طراحي مبدل‌هاي حرارتي پارامترهاي متعددي شامل ظرفيت تبادل گرما، تعداد لوله‌ها با طول و قطرهاي متفاوت، ابعاد مهندسي مبدل، آرايش لوله‌ها و صفحات نگهدارنده آن و سيالاتي كه وظيفه انتقال حرارت را به عهده دارند دخالت داشته و لذا گزينه‌هاي مختلفي مطرح مي‌گردند، بنابراين اهميّت محاسبات و كسب نتايج كاملاً مشهود مي‌باشد و در گذشته كه امكان بكارگيري روش‌هاي عددي ميسر نبود به كمك روش‌هاي تجربي نتايج بدست مي‌آمد. واضح است روش‌هاي تجربي علاوه بر اينكه محدوديتي در تعداد آزمايشات دارد از نظر اقتصادي هم مقرون به صرفه نيست. موضوع مقاله بررسي عددي انتقال حرارت سيالات غيرنيوتني بدون تنش از روي دسته لوله‌ها با آرايش مستطيلي مي‌باشد.

به علت اهميت موضوع از چند دهه قبل كارهاي زيادي در اين زمينه انجام گرفته است. برخي از اين مطالعات اوليه به صورت نظري و برخي ديگر به صورت تجربي مي‌باشد. تقسيم بندي سيالات به انواع مختلف و رفتارهاي متفاوتي كه از خود نشان مي‌دهند باعث گستردگي موضوع مي‌شود. با توجه به گستردگي كارهاي انجام شده روي موضوع مورد بحث، وجود يك سري نقايص در آن‌ها مشهود است كه راه را براي تحقيق بيشتر باز كرده است. از مهمترين نقايص موجود مي‌توان به موارد ذيل اشاره كرد:

الف) كمبود كارهاي عددي و تجربي انجام شده براي سيالات غيرنيوتني.

ب) محدود بودن اكثر كارهاي انجام شده به دو شرط مرزي ديواره با شار حرارتي و دماي ثابت.

ج) استفاده از روشهاي نظري در بيشتر موارد كه در نتيجه از فرض‌هاي ساده كننده مختلفي براي حل معادلات مربوطه استفاده شده كه اين كار باعث انحراف از جواب و نتيجه واقعي مي‌شود.

با توجه به موارد فوق در تحقيق حاضر سعي بر آن شده است كه با كاربرد روشي مناسب اين نقايص برطرف گردند. در اين تحقيق انتقال حرارت از يك سيال غيرنيوتني قاعده تواني[8] بصورت عددي در داخل لوله بصورت كلي مورد بررسي قرار گرفته است. از اين‌رو براي انجام بررسي مورد نظر از يك مبدل حرارتي با آرايش دسته لوله‌هاي مستطيلي با مقطع دايره‌اي استفاده شده است، در تحقق اين امر با كاربرد سيال غيرنيوتني قاعده تواني، حرارت جابجايي و چگونگي تغييرات ضريب انتقال حرارت بررسي شده است. به اين ترتيب با انجام اين تحقيق گامي مؤثر در جهت تكميل كارهاي گذشته برداشته و با توجه به رفتار واقعي كه سيال از خود نشان مي‌دهد و اينكه سيستم عملكرد آن با كاربردهاي صنعتي تا حد زيادي مشابه است مي‌توان به جواب‌هاي حاصله اعتماد بيشتري كرد.

 

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

تعداد صفحه : 117

قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :