پديد آورنده :
دهقان، محمد
عنوان :
كنترل فعال جريان و انتقال حرارت از يك سيلندر مربعي با استفاده از شبيهسازي ادي‌هاي بزرگ
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مكانيك
صفحه شمار :
پانزده، ۱۰۱ص.: مصور، جدول، عكس(رنگي)، نمودار
استاد راهنما :
احمد سوهان‌كار
استاد مشاور :
محمود اشرفي زاده
توصيفگر ها :
سيلندر مربعي , كنترل فعال جريان , جت , انتقال حرارت , مدل توربولانسي k-w SST , شبيهسازي گردابههاي بزرگ
استاد داور :
محسن ثقفيان، مهدي نيلي احمدآبادي
تاريخ ورود اطلاعات :
1397/05/14
چكيده فارسي :
چكيده در اين پژوهش عددي كنترل فعرال جريران و انتقرال حررارت روي يرك سريلندر مربعري در عردد رينولردز 00022 و عردد پرانترل 7 0 بهصورت غير دائم دوبعدي با اسرتفاده از مردل توربوالنسري k w SST و سرهبعدي برا روش شبيهسرازي گردابرههاي برزرگ LES بررسي شد تمامي شبيهسازيهاي دوبعدي و سهبعدي با استفاده از نرمافزار Ansys Cfx انجام گرفت و تأثير شبكه و پلهي زماني بررسي شد و نتايج با نتايج گزارششدهي تجربي DNS و LES صحت سنجي گرديد كره نترايج درمجمروع قابرلقبول اسرت در بخرش اول برا اعمال جتهاي جلو و پشت بهصورت جداگانه و اعمال همزمان آنها حالتهاي بهينه كنترل جريان با اسرتفاده از ايرن جتهرا جسرتجو شدند الزم به ذكر است كه دماي دمش جت مشابه دماي سطح سيلندر در نظر گرفته شد نتايج اين بخش نشان داد كه در دمش جت از پشت سيلندر كمترين ميزان ضريب درگ كمترين ميزان عدد ناسلت و بيشترين اندازهي گردابههاي متوسط گيري شده پشت سيلندر در نرخ دمش 5 1 IR اتفاق ميافتد و پسازآن با افزايش نرخ دمش ضريب درگ و عدد ناسرلت افرزايش و انردازهي گردابرههاي متوسرط گيري شدهي پشت سيلندر كاهش مييابد اين در حالي است كه افزايش نرخ دمرش rms نوسرانات نيرروي ليفرت را بهصرورت پيوسرته كاهش ميدهد همچنين در تمامي نرخهاي دمش جت از پشت سيلندر جت بهصورت آونگي به باال و پايين نوسان ميكنرد بهنحويكره در اين حالت جريان متوسط گيري شدهي زماني اطراف سيلندر كرام متقرارن اسرت در دمرش جرت پشرت در محردودههاي 1 IR و ال 3 IR يك جفت گردابه متوسط در پشت سيلندر و يك فركرانس غالرب و در محردودهي 3 1 IR دو جفرت گردابره ي متوسرط در 1 IR و فركرانس غالرب پشت سيلندر و دو فركانس غالب ديده ميشود كه يكري از ايرن فركانسهرا بره فركرانس غالرب محردودهي ديگري به فركانس غالب محدودهي 3 IR نزديك است همچنين مشاهده شد كه دمش جت از پشت تأثير قابلتوجهي بر عدد ناسرلت سطح جلويي ندارد ولي در سطوح باال پايين و پشت عدد ناسلت در نرخ دمش 5 1 IR مينيمم است در دمش جت از جلو در نرخهراي كوچكتر از 1 IR جت جلو همزمان با ريزش گردابه به باال و پايين نوسان ميكند ولي در نرخهاي دمش بزرگتر از 1 IR جت بره يك سمت منحرف شده و يك نيروي ليفت متوسط بر سيلندر اعمال ميشود ولي نيروي درگ و برآيند نيروهاي درگ و ليفت به ميرزان قابلتوجهي كاهش مييابد بهطوركلي دمش جت از جلو در كاهش ضرريب درگ و دمرش جرت از پشرت در كراهش ضرريب درگ و rms نوسانات مؤثر هستند با اعمال همزمان دمش جت از جلو و پشت نيروي درگ و برآيند نيروهراي درگ و ليفرت نسربت بره حالرت اعمال جداگانه هركدام از جتها بسيار كمتر خواهد شد با توجه به نتايج شبيهسازي دوبعدي و بهينه بودن نرخ دمش 5 1 IR در فصل شبيهسازي سهبعدي عالوه بر حالت بدون كنترل سه حالت كنترل با اعمال دمش جت جلرو اعمرال دمرش جرت پشرت و اعمرال دمرش همزمان جت جلو و پشت با نرخ 5 1 IR بررسي شدند نتايج اين بخرش در حالرت دمرش جرت از پشرت برا نترايج شبيهسرازي دوبعردي نزديك بودند ولي در حالت دمش جت از جلو اختالف زيادي در پيشبيني الگوهاي جريان و rms نوسانات ديده شد همچنين تغييررات كميتها مانند ورتيسيته فشار و در امتداد سيلندر قابلتوجه بوده كه شبيهسازي دوبعدي قادر به در نظر گرفتن اين موضوع نيسرت كره باعث عدم دقت در شبيهسازيهاي دوبعدي شده است نتايج اين بخش نشان داد كه اعمال دمش جت از پشت سيلندر تنشهاي رينولدز را بهشدت كاهش ميدهد اين در حالي است كه اعمال دمش جت از جلو تأثير قابلتوجهي بر تنشهاي رينولدز ندارد كلمات كليدي سيلندر مربعي كنترل فعال جريان جت انتقال حرارت مدل توربوالنسي k w SST شبيهسازي گردابههاي بزرگ
چكيده انگليسي :
112 Active flow control and heat transfer from a square cylinder using Large Eddy Simulation Mohammad Dehghan m dehghan@me iut ac ir Date of Submission 2018 06 27 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisor Ahmad Sohankar asohankar@cc iut ac irAbstract Two and three dimensional unsteady flow and heat transfer around a square cylinder have beeninvestigated using Ansys Cfx software For reducing the forces and their fluctuations an active control withthe use of front and rear jets separately and simultaneously were applied It should be noted that thetemperature of the jet nozzle was considered to be same as that of cylinder temperature All simulationswere carried out at a Reynolds number Re of 22000 and Prandtl number of 0 7 The unsteady two dimensional results were provided based on k w SST turbulence model while three dimensional resultswere obtained using large eddy simulation LES As a validation case the results for cylinder with andwithout flow control were compared with those of experimental DNS and LES reported results and areasonable agreement was observed In the first part via two dimensional simulations with the use of frontand rear jets separately and simultaneously optimal flow control modes were found The results showedthat in the jet blow from the rear of the cylinder the lowest amount of drag coefficient the lowest Nusseltnumber and the highest time averaged vortices length behind the cylinder occurs at injection rate of IR 1 5 and then by increasing its injection rate the drag coefficient and Nusselt number increase In addition at all jet injection rates from the rear of the cylinder the jet tilts upward and downward frequently whereasin this case the time averaged flow around the cylinder is symmetric For the rear jet injection in the rangeof IR 1 and IR 3 there is a pair of time averaged vortices behind the cylinder with one dominantfrequency while two pairs of time averaged vortices with two dominant frequencies are observed for1 IR 3 It was also observed that the jet injection from the rear surface does not have a significant effect onthe Nusselt number of the front surface In the case of jet injection from the rear surface the Nusseltnumber of the top bottom and rear surfaces are lowest at IR 1 5 In front jet injection case at injectionrates of less than IR 1 the jet fluctuates simultaneously up and down but at injection rates greater than IR 1 the jet is deflected to one side and an averaged non zero lift force is achieved and the drag force isgreatly reduced In general the front jet is effective in reducing the drag coefficient and rear jet is effectivein reducing the drag coefficient and rms fluctuations By simultaneously applying the front and rear jetinjection the drag force and the resultant forces of the drag and lift are much less than applying each jetseparately According to the results of two dimensional simulation an optimum condition is introduced atIR 1 5 In the three dimensional study in addition to the uncontrolled mode three control modes includesfront jet rear jet and front rear jet at IR 1 5 were investigated In case of the rear jet the time averagedresults of LES were relatively close to the results of 2D simulation In case of the front jet there was a largedifference in the prediction of flow patterns and rms oscillations compared to the two dimensional results The results of LES showed that the use of the jet injection from the rear surface of the cylinder greatlyreduces the Reynolds stresses while injecting jet from the front surface does not have a significant effect onReynolds s stresses Keywords Square cylinder active flow control jet heat transfer k w SST turbulencemodel large eddy simulation
استاد راهنما :
احمد سوهان‌كار
استاد مشاور :
محمود اشرفي زاده
استاد داور :
محسن ثقفيان، مهدي نيلي احمدآبادي
