پديد آورنده :
روستا، ميلاد
عنوان :
بررسي جريان آشوبناك و انتقال حرارت در مجراي پيچدار با سطح مقطعهاي مختلف در حالات پايا و ناپايا و بدست آوردن سطح مقطع بهينه براي اختلاط
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مكانيك
صفحه شمار :
پانزده، 112ص.: مصور، جدول، عكس(رنگي)، نمودار
يادداشت :
ص. ع. به فارسي و انگليسي
استاد راهنما :
ابراهيم شيراني
استاد مشاور :
احمد سوهانكار
توصيفگر ها :
همرفت آشوبناك , اختلاط , افزايش انتقال حرارت , ساختارهاي جريان ثانويه , بردار گردابه , انتقال حرارت همگن , مجراي پيچدار
استاد داور :
محسن دوازده امامي، محمد رضا سليم‌پور
تاريخ ورود اطلاعات :
1396/04/31
چكيده فارسي :
چكيده امروزه يكي از روشهاي كاربردي براي ايجاد اختالط مطلوب و افزايش انتقال حرارت در رژيم جريان آرام ايجاد جريان همرفت آشوبناك است كه در واقع توليد مسيرهاي آشوبناك براي ذرات سيال در رژيم جريان آرام ميباشد در پاياننامه حاضر به بررسي عددي رفتار جريان آشوبناك و انتقال حرارت در جريان آرام 054 200 Re درون مجراي پيچدار به كمك نرمافزار فلوئنت پرداخته شده است براي انجام اين كار دو سرعت ورودي در حالتهاي پايا و پالسي تحت شرايط مرزي حرارتي دماي ديواره ثابت و شار حرارتي ثابت در مجراي پيچدار با سه خم متوالي و سطح مقطع بيضوي در ابعاد ماكرو اعمال گرديده است براي نشان دادن رفتار جريان آشوبناك در مجراي پيچدار تغييرات ساختارهاي جريان ثانويه در جريان مورد بررسي قرار گرفته است بر همين اساس پديدار شدن ساختارهاي هموكلينيك كشيدگي يا بزرگتر شدن سيكلهاي بيضوي و تغييرات بيشتر الگوهاي جريان در يك سيكل از نشانههاي وجود آشوب در جريان ميباشند آشوب بيشتر نشاندهندهي بهبود اختالط در جريان است اما از آنجايي كه با بررسي ساختارهاي جريان ثانويه مقدار عددي اختالط فراهم نميگردد از روش بردار گردابه كه مشخص كنندهي ميزان بلعيدگي و كشيدگي در جريان ميباشد براي ارزيابي كمي اختالط استفاده شده است به منظور بررسي كمي و كيفي انتقال حرارت نيز از روشهايي مانند محاسبهي عدد ناسلت تعيين انحراف معيار استاندارد دما تحليل كانتورهاي دما و بررسي پروفيلهاي دما در نقاط مختلف مجرا بهره گرفته شده است همچنين به منظور ارزيابي بازدهي سيستم ميزان افت فشار در حاالت مختلف محاسبه شده و مورد مقايسه قرار گرفته است در جريان ورودي پايا طبق الگوهاي جريان ثانويه با افزايش عدد رينولدز و دماي ديواره شاهد كشيدهتر شدن سيكلهاي بيضوي تشكيل و توسعه ساختارهاي هموكلينيك در جريان ميباشيم كه در نهايت باعث بهبود اختالط و انتقال حرارت در جريان ميشوند در جريان ورودي پالسي با افزايش عدد رينولدز دماي ديواره و نسبت مؤلفهي سرعت شاهد كشيدگي سيكلهاي بيضوي گسترش ساختارهاي هموكلينيك و تشديد عدم تقارن در ساختارهاي جريان ميباشيم كه همگي در بهبود اختالط و انتقال حرارت در جريان مؤثر ميباشند همچنين در مقادير پايين و متوسط عدد ومرسلي 9059 3 2 1118 شاهد آشفتگي بيشتر در ساختارهاي جريان ميباشيم و اين بازه از عدد ومرسلي شرايط بهتري را براي اختالط و انتقال حرارت در جريان فراهم مينمايد در هر دو جريان پايا و پالسي همگني انتقال حرارت با افزايش دماي ديواره بهبود مييابد اما با افزايش عدد رينولدز در جريان پايا و همچنين افزايش عدد ومرسلي و رينولدز در جريان پالسي همگني انتقال حرارت كاهش مييابد بررسيهاي كمي و كيفي به منظور يافتن سطح مقطع بهينه براي اختالط نشان داد كه از بين سطح مقطعهاي بيضوي دايرهاي مستطيلي و مربعي چنانچه مسئله افت فشار و تلفات انرژي از اهميت خاصي برخوردار نباشد و صرفا مسئله افزايش اختالط مد نظر قرار بگيرد سطح مقطع بيضوي بهترين شرايط را براي اختالط نسبت به ساير سطح مقطعها فراهم مينمايد اما با توجه به اين كه ميزان اختالط در مجراي پيچدار با سطح مقطع دايرهاي نسبت به سطح مقطعهاي مربعي و مستطيلي بيشتر بوده و همچنين داراي حداقل افت فشار نسبت به ساير سطح مقطعها ميباشد ميتوان از ديدگاه اقتصادي سطح مقطع دايرهاي را به عنوان سطح مقطع بهينه براي اختالط معرفي نمود كلمات كليدي همرفت آشوبناك اختالط افزايش انتقال حرارت ساختارهاي جريان ثانويه بردار گردابه انتقال حرارت همگن مجراي پيچدار
چكيده انگليسي :
113 Analysis of Chaotic Flow and Heat Transfer in a Twisted Pipe with Different Cross Sections for Steady and Unsteady States and Obtaining the Optimum Cross Section for Mixing Milad Rousta m rousta@me iut ac ir Date of Submission 2017 06 18 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisor Ebrahim Shirani eshirani@cc iut ac irAbstract Nowadays chaotic advection flow is one of the most useful methods to enhance mixing and heat transfersimultaneously in laminar flow that generated by spatially chaotic trajectories of the fluid particles In the presentstudy numerical simulation of chaotic advection flow and heat transfer in laminar flow in a twisted pipe areperformed by Ansys Fluent software The geometry consists of three successive bends of elliptical cross section inmacro dimension which a uniform and pulsatile velocity field imposed as the inlet condition and the walls aresubjected to a constant temperature and constant heat flux The variation of secondary flow structures isinvestigated for demonstrating the behavior of chaotic flow in a twisted pipe The appearance of homoclinic andheteroclinic connections and stretching and extending of elliptical orbits in the secondary flow structures andincreasing the variation of secondary flow patterns in one cycle of pulsating flow are the signs of chaos in the fluidflow The more chaos in the flow represents mixing enhancement but since analysis of secondary flow structuresis a qualitative criterion of chaos vorticity vector method which describes stretching and engulfment of flow isused to give a quantitative criterion of chaos For the quantitative evaluation of heat transfer Nusselt number andstandard deviation of temperature are measured and for the qualitative evaluation of heat transfer the temperatureprofiles and contours at the exit of the bends are analyzed In addition for investigating the efficiency of system pressure drop is calculated for different cases In both steady and unsteady states flow according to secondary flowpatterns when the Reynolds number and wall temperature increase the elliptical orbits and homoclinic connectiondevelop and finally improve mixing and heat transfer enhancement Moreover in pulsating flow the higher valuesof velocity amplitude ratios and lower and medium values of Womersley numbers 2 1118 3 9509 promotethe chaos in fluid flow and provide the best condition for mixing and heat transfer In both steady and pulsatingflow increment of Reynolds number decreases heating homogeneity and increment of wall temperature promotesheating homogeneity It is also observed that increment of Womersley number in pulsating flow decreases heatinghomogeneity The results of quantitative and qualitative assessment for determining the optimum cross sectionbetween four shapes elliptical circular rectangular square for mixing show that if the problem of pressure andenergy loss are not significant and mixing enhancement is the main purpose the elliptical cross section create thebest condition for mixing On the other hand the circular cross section has minimum pressure loss between theother cross sections and has more mixing enhancement than the square and rectangular cross sections Thereforefrom the economical viewpoint circular cross section is more favorable than the others Keywords Chaotic advection Mixing Heat transfer enhancement Secondary flow patterns Vorticityvector Homogeneous heat transfer Twisted pipe
استاد راهنما :
ابراهيم شيراني
استاد مشاور :
احمد سوهانكار
استاد داور :
محسن دوازده امامي، محمد رضا سليم‌پور
