عنوان :
طراحي ساختاري چيدمان لايه هاي ماده متخلخل در انتقال حرارت جابه جايي داخل يك لوله
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مكانيك
صفحه شمار :
شانزده، 113ص.: مصور
استاد راهنما :
محمدرضا سليم پور
استاد مشاور :
محمدرضا توكلي
توصيفگر ها :
شبيه سازي عددي , جريان آرام در لوله , معيار ارزيابي عملكرد
استاد داور :
محسن ثقفيان، مهدي نيلي احمدآبادي
تاريخ ورود اطلاعات :
1395/01/18
چكيده فارسي :
چكيده يكي از مهمترين موضوعهايي كه بشر در سالها اخير با آن مواجه بوده مبحث انرژ است در ميان انواع مختلف انرژ كه امروزه مورد استفاده قرار ميگيرد بيش از درصد آن به صورت حرارت تبادل ميشود از طرفي افزايش بازدهي حرارتي و بهبود انتقال حرارت در تجهيزات حرارتي يكي از زمينهها مورد علاقه محققان است روشها زياد برا بهبود انتقال حرارت در مبدلها حرارتي وجود دارد يكي از اين روشها استفاده از محيط متخلخل است محيطها متخلخل مورد استفاده در مبدلها حرارتي از جنس فلز با هدايت حرارتي بالا بوده و تماس زياد با سيال عبور ميباشند بنابراين با قرار دارا سطح دادن مقدار مناسب از ماده متخلخل با پيكربند مطلوب در موقعيت بهينه ميتوان علاوه بر ايجاد افت فشار منطقي سيال را وادار به عبور از مجاورت ديواره لوله نمود كه نتيجه آن كاهش لايه مرز و افزايش بازدهي حرارتي ميباشد در پژوهش حاضر با استفاده از تئور ساختار و بهينهساز چيدمان حجم ثابتي از ماده متخلخل به گونها قرار داده شد كه انتقال حرارت در حضور مقدار منطقي افت در لوله فشار بهبود يابد حجم ماده متخلخل برا همه حالتها ثابت و برابر درصد حجم داخلي لوله در نظر گرفته شد بدين منظور از نرم افزار فلوئنت برا شبيهساز جريان آرام و انتقال حرارت جابجايي در لوله حاو ماده متخلخل استفاده شد معادله انرژ با فرض تعادل حرارتي موضعي بين فاز سيال و جامد مورد بررسي قرار گرفت اثر پنج پارامتر مختلف شامل سه پارامتر هندسي تعداد لايهها ماده متخلخل نسبت حجمي بين لايهها و فاصله لايهها متخلخل از مركز لوله به همراه دو متغير نفوذپذير محيط متخلخل و نسبت هدايت حرارتي موثر محيط متخلخل به سيال مورد ارزيابي قرار گرفت همچنين از اعداد بيبعد نوسلت ضريب ارزيابي ميزان افت فشار و معيار ارزيابي عملكرد به ترتيب برا انتقال حرارت ميزان افت فشار و ميزان بازيابي انرژ در مقايسه با هدررفت انرژ استفاده شد نتايج مدلساز نشان داد در نفوذپذير بالا 2 01 1 01 Da زمانيكه هدايت حرارتي محيط متخلخل كم است معيار ارزيابي عملكرد در تمامي حالتها كمتر يا برابر با واحد بوده و استفاده از محيط متخلخل قابل توجيه نخواهد بود اين در حالي است كه با افزايش هدايت حرارتي محيط متخلخل در حالتهايي كه حجم زياد از ماده متخلخل به ديواره لوله نزديك است معيار ارزيابي عملكرد به شدت افزايش يافته و انتقال حرارت نسبت به بررسيها گذشته ماده متخلخل تك لايه در مركز لوله افزايش يافت در حالت دو لايه به ازا 1 01 Da عدد نوسلت درصد و به ازا 2 01 Da عدد نوسلت درصد افزايش يافت با كاهش نفوذپذير بيشترين مقدار معيار ارزيابي عملكرد در حالتهايي مشاهده شد كه بيشترين مقدار ماده متخلخل به صورت ثابت در مركز لوله قرار گرفته بود از طرفي نتايج نشان داد با كاهش نفوذپذير سيال در محيط متخلخل تاثير افزايش هدايت حرارتي نيز
چكيده انگليسي :
Constructal Design of Porous Media Architecture in Internal Flow Convection Hamid Maleki hamid maleki 2010@yahoo com Date of Submission 2016 01 16 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisor Mohammad Reza Salimpour Salimpour@cc iut ac irAbstract One of the major issues facing by humans during the last years has been the topic of energy Amongthe different types of energy used nowadays more than 70 percent is exchanged in the form of heat Onthe other hand increase in thermal performance and heat transfer enhancement in heat exchangeequipment is one of the areas of interest to researchers There are many ways to enhance heat transfer inheat exchangers One of these methods is the use of porous media Porous media used in heat exchangersis made of metal foam with high thermal conductivity and has a large contact area with the passing fluid Hence by putting suitable amount of porous materials with favorable configuration at optimalposition in the presence of reasonable pressure drop can force the fluid to pass near the adjacent walland thereby the boundary layer thickness decreases and increases heat transfer In the present study usingconstructal theory a fixed volume of porous material in the tube was placed in such a way that the heattransfer was improved in the presence of the reasonable pressure drop Laminar forced convection flowthrough a tube partially filled with a porous material was considered The tube wall was subjected toconstant heat flux The results were reported for different parameters include porous layers number ratioof effective thermal conductivity of porous region to clear fluid position of layers layers volume ratioand permeability The Darcy Brinkman Forcheimer model was used for the ow transport in the porousmedium One equation model was employed for energy transport which assumed a local thermalequilibrium between the fluid and the solid phases The analysis was done for the Darcy number fromDa 10 6 to Da 10 1 and ratio of effective thermal conductivity of porous region to clear fluid tkr ke kf 1 10 Also the fixed porosity ratio between tube length to tube radial L r0 Reynolds numberand Prandtl number equal to 0 95 20 100 and 0 74 were considered respectively The results showedthat for cases one layer and two layer with tkr 1 and Da 10 1 and 10 2 the amount of PerformanceEvaluation Criteria PEC was observed less or about 1 Therefore the use of porous media with thissituation does not justify For Da 10 3 and tkr 1 the highest PEC was observed in reference case Porousmaterial at the core of the tube However the highest heat transfer enhancement was observed for casetwo layer and the heat transfer is increased by 10 in comparison with reference case For Da 10 4 10 6and tkr 1 the highest PEC was observed in case two layer with PEC value about 1 22 Also the highestheat transfer enhancement was obtained for case two layer and the heat transfer was increased by 29 34 and 35 in comparison with reference case respectively In the all cases volume ratio of porouslayer fixed at the core tube was high and second porous layer close to the fixed layer for Da 10 1 andtkr 10 the highest PEC was observed in case one layer when porous layer attached to the wall However the highest heat transfer enhancement was obtained for case two layer and the heat transfer wasincreased by 20 in comparison with reference case For Da 10 2 and 10 3 with tkr 10 the highest PECwas observed in case two layer when second porous layer attached to the wall and the highest heattransfer enhancement was obtained for case two layer and the heat transfer was increased by 14 and12 in comparison with reference case respectively For Da 10 4 10 6 and tkr 10 the highest PEC andheat transfer enhancement were obtained similar to the tkr 1 This is due to the fact that heat conductionin the porous matrix plays a more signi cant role with increasing permeability and decreasing th
استاد راهنما :
محمدرضا سليم پور
استاد مشاور :
محمدرضا توكلي
استاد داور :
محسن ثقفيان، مهدي نيلي احمدآبادي
