بررسی انتقال گرمای جابه‌جایی اجباری از سیلندرهای بیضوی دوار

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

در این تحقیق انتقال گرمای جابه‌جایی از سیلندرهای دوار مورد بررسی قرار گرفته است. سیلندرها از نوع بیضوی با نسبت قطرهای 0625/0، 5/0 و 1 با آهنگ چرخش 5/0، 1 و 5/1 می‌باشند. معادلات حاکم شامل پیوستگی، مومنتم و انرژی با روش‌های عددی حل و خطوط جریان، بردارهای سرعت و کانتور دما استخراج شده است. تحلیل عددی برای رینولدز ثابت در محدوده جریان لایه ای با روش المان محدود توسط نرم افزار تجاری Comsol صورت گرفته است. برای شبیه‌سازی جریان چرخشی حول سیلندر، ناحیه‌ی حل به دو ناحیه‌ی چرخشی و ثابت تقسیم و به یکدیگر کوپل گردید. با تغییر آهنگ چرخش، میزان انتقال گرما و خطوط جریان در هر یک از حالات ارائه شده است. جریان به صورت ناپایا تحلیل شده که لحظه‌ی شروع تحلیل برابر با شروع ناگهانی سیلندر به چرخش است. نتایج نشانگر افزایش انتقال گرما در تمامی نسبت قطرها با افزایش نسبت چرخش است. در نسبت چرخش بالاتر گردابه‌ها در مسیر دوران دیواره‌ی جامد بالاجبار حذف شده و سریعا به لبه‌ی سیلندر منتقل می‌گردند. از نظر نسبت انتقال گرما به نیروی پسآ، بهترین حالت استوانه‌ی دوار است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Agyenim, F., Eames, P. and Smyth, M., A comparison of heat transfer enhancement in a medium temperature thermal energy storage heat exchanger using fins. Solar Energy83(9), pp.1509-1520, 2009.
[2]     Odabaee, M., Hooman, K. and Gurgenci, H., Metal foam heat exchangers for heat transfer augmentation from a cylinder in cross-flow. Transport in Porous Media86(3), pp.911-923, 2011.
[3]     Garoosi, F., Hoseininejad, F. and Rashidi, M.M., Numerical study of heat transfer performance of nanofluids in a heat exchanger. Applied Thermal Engineering105, pp.436-455, 2016.
[4]     Ayub, Z.H., Yang, D., Khan, T.S., Al-Hajri, E. and Ayub, A.H., Performance characteristics of a novel shell and tube heat exchanger with shell side interstitial twisted tapes for viscous fluids application. Applied Thermal Engineering134, pp.248-255, 2018.
[5]     Prandtl, L., Über Flussigkeitsbewegung bei sehr kleiner Reibung. Verhandl. III, Internat. Math.-Kong., Heidelberg, Teubner, Leipzig, 1904, pp.484-491, 1904.
[6]     Lugt, H.J. and Ohring, S., Rotating elliptic cylinders in a viscous fluid at rest or in a parallel stream. Journal of Fluid Mechanics79(1), pp.127-156, 1977.
[7]  خزیمه نژاد حجت، میربزرگی سید علی. تحلیل عددی انتقال حرارت از یک استوانه داغ با قطرهای مختلف به یک محفظه بسته مربعی سرد. مجله مهندسی مکانیک مدرس. د.۱۳،ش. 9، ص ۹۲-۱۰۲ ، ۱۳۹۲.
[8]     Cavalheiro, Maurício Grisi, Emanuel Rocha Woiski, and Edson Del Rio Vieira. "Experimental Study of Flow Past an Elliptic Cylinder Near a Flat Plate." Conference At Belem do Para, Berzil. 2014.
[9]     Amin, S. and Das, D.K., Numerical Investigation of the Wake Affected Unsteadiness on Flat Plate Boundary Layer. Journal of Mechanical Engineering43(1), pp.15-22, 2013.
[10]   Ruifeng, H., Three-dimensional flow past rotating wing at low Reynolds number: a computational study. Fluid Dynamics Research, 47(4), p.045503, 2015.
[11]   Naik, S.N., Vengadesan, S. and Prakash, K.A., Numerical study of fluid flow past a rotating elliptic cylinder. Journal of Fluids and Structures68, pp.15-31, 2017.
[12]   Walker, J.A., Rotational lift: something different or more of the same?. Journal of Experimental Biology205(24), pp.3783-3792, 2002.
[13]   Lua, K.B., Lu, H. and Lim, T.T., Rotating elliptic cylinders in a uniform cross flow. Journal of Fluids and Structures78, pp.36-51, 2018.
[14]   Bouakkaz, R., Talbi, K., Ouazzazi, M., Khelili, Y. and Salhi, F., EFFECT OF ROTATION RATES ON THE LAMINAR FLOW AND HEAT TRANSFER PAST A CIRCULAR CYLINDER. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 32(2), pp.519-529, 2015.
[15]   Ehghaghi MB, Vajdi M., Numerical and Experimental Study of splitter blades effect on the centrifugal pump   performance .Modares Mechanical Engineering.15(3) ,2015.
[16]   Ehghaghi M.B. , Vajdi M., Namazizadeh M, Hajipour M., Experimental and numerical study of double splitter blades effect on the centrifugal pump performance. Modares Mechanical Engineering 17 (3), pp.196-204, 2017.
[17]  فلاح کیوان.، شبیه‌سازی جریان و انتقال حرارت سیال غیرنیوتنی گذرنده از روی سیلندر دایروی چرخان با روش شبکه بولتزمن. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 48 ش. 2، ص 218-209، 1397.
[18]  سجودی عطا، طلعتی کلاسر فرامرز، نیشابوری ریحانه.، تحلیل عددی جریان آرام سیال غیر نیوتنی اطراف استوانه دوار. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 41 ش. 2، ص 58-53، 1390.
[19]  زاغیان رضا، نصر اصفهانی وحید، ثقفیان محسن.، بررسی عددی ناپایای عبور جریان لایه ای از روی یک استوانه‌ی مثلثی چرخان در جریان آزاد. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 49 ش. 3، ص171-163، 1398.
[20]  احقاقی میر بیوک، کوزه گر غیاثی کیهان، وجدی محمد.، تاثیر تغییر هندسه پروانۀ پمپ گریز از مرکز در پدیده کاویتاسیون. مجله. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 48 ش. 3، ص 18-9، 1397.
[21]  احقاقی میر بیوک، کوزه گر غیاثی کیهان، وجدی محمد.، بررسی تاثیر تعداد پره ها بر روی عملکرد پمپ گریز از مرکز. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 48 ش. 4، ص46-39، 1397.
[22]  احقاقی میر بیوک، شروانی تبار محمّدتقی، وجدی محمّد، نمازی محمّد زاده.، بررسی عددی بهبود عملکرد پمپ گریز از مرکز روغن با پره‌های جدا کننده. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز د. 46 ش. 4، ص18-9، 1395.
[23]   Moghanlou, F.S., Vajdi, M., Sha, J., Motallebzadeh, A., Shokouhimehr, M. and Asl, M.S., A numerical approach to the heat transfer in monolithic and SiC reinforced HfB2, ZrB2 and TiB2 ceramic cutting tools. Ceramics International, 45(13), pp.15892-15897, 2019.
[24]   Moghanlou, F.S., Vajdi, M., Motallebzadeh, A., Sha, J., Shokouhimehr, M. and Asl, M.S., Numerical analyses of heat transfer and thermal stress in a ZrB2 gas turbine stator blade. Ceramics International, 45(14), pp.17742-17750, 2019.
[25]   Vajdi, M., Moghanlou, F.S., Niari, E.R., Asl, M.S. and Shokouhimehr, M., Heat transfer and pressure drop in a ZrB2 microchannel heat sink: a numerical approach. Ceramics International, 46(2), pp.1730-1735, 2020.
[26]   Sakkaki, M., Moghanlou, F.S., Vajdi, M., Asl, M.S., Mohammadi, M. and Shokouhimehr, M., Numerical simulation of heat transfer during spark plasma sintering of zirconium diboride. Ceramics International, 2019.
[27]   Ralph L. Webb., Nae-Hyun Kim., Principles of enhanced heat transfer, 2 edition, Taylor & Francis, 2005.