پديد آورنده :
مرادمند، محمدمهدي
عنوان :
شبيهسازي عددي، ساخت و ارزيابي تجربي يك نوع مبدل حرارتي با عملكرد بالا مبتني بر ساختارهاي شبكهاي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، 144ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
احمد سوهانكار
توصيفگر ها :
بهبود انتقال حرارت , مبدل حرارتي مبتني بر ساختار شبكهاي , ساخت افزودني , ساختار جيرويد و شوارتز , بررسي عددي و تجربي
استاد داور :
محمدرضا توكلي، محسن دوازده امامي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/07/11
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/07/18
چكيده فارسي :
طراحي و ساخت مبدل حرارتي عملكرد بالا از دو نظر افزايش بهرهوري سيكلهاي فرآيندي و ترموديناميكي و ديگري كاهش وزن مبدل حرارتي و تاسيسات خنكسازي در صنايع هوايي و فضايي حائز اهميت است. در اين پژوهش، دو ساختار هندسي شوارتز-P و جيرويد به دليل نسبت سطح به حجم بالا به منظور كاربرد بهعنوان يك مبدل حرارتي بررسي عددي و تجربي شدهاند. اين دو ساختار در پژوهشهاي متعددي خواص مكانيكي بالايي از خود نشان دادهاند اما پژوهشهاي كمي براي بررسي اين ساختارها به عنوان هندسههاي قابل استفاده براي كاربردهاي انتقال حرارت انجام شده است. بر اساس نتايج شبيهسازي عددي المان محدود اين ساختارها در بازهي عدد رينولدز 10 تا 100 براي سيال آب (با عدد پرانتل در محدودهي 3 تا 6) به كمك نرمافزار كامسول بررسي و نتيجه گرفته شد كه ساختار شوارتز-P افت فشار كمتري نسبت به ساختار جيرويد دارد ولي ضريب عملكرد آن پايين است و مناسب استفاده بهعنوان مبدل حرارتي نيست اما مبدل مبتني بر ساختار جيرويدي بهبود 40 درصد عدد ناسلت و افزايش20 درصدي ضريب عملكرد نسبت به يك مبدل رايج (دسته لوله) را نشان داد. همچنين در اين پژوهش، چندين مبدل حرارتي جيرويدي از جنسهاي پليمر پليلاكتيك اسيد (PLA) و آلياژ آلومينيومي (AlSi10Mg) به روش ساخت افزودني بررسي و با استفاده از پرينت سه بعدي براي انجام آزمونهاي تجربي ساخته شد. درنهايت براي مبدل حرارتي فلزي جيرويدي به ازاي دبيهاي 1 تا 3 ليتر بر دقيقه (محدوده عدد رينولدز 1600 تا 5000 ) ارزيابي تجربي انجام شده است. لازم به ذكر است به دليل محدوديتهاي آزمايشگاهي امكان انجام آزمونهاي تجربي در اعداد رينولدز پايين ميسر نشد.
چكيده انگليسي :
The design and manufacture of high-performance heat exchangers are essential in increasing the efficiency of thermodynamic cycles and reducing the weight of heat exchangers and cooling facilities in aerospace industries. The present research conducted numerical and experimental studies of the Schwarz-P and Gyroid geometries for use as heat exchangers due to their high surface-to-volume ratio. Although these two structures have exhibited good mechanical properties in previous research, a few studies have addressed the potential use of these geometries for heat transfer applications. Based on finite element simulation results of these structures in COMSOL Multiphysics for a Reynolds number range of 10-100 for water (with a Prandtl number of 3-6), the Schwarz-P structure experiences a smaller pressure drop compared to the Gyroid structure; however, it has low efficiency and is unsuitable for use as a heat exchanger. On the other hand, the Gyroid heat exchanger exhibited 40% and 20% improvements in the Nusselt number and efficiency, respectively, compared to the corresponding tube bank. In addition, several gyroid heat exchangers made of polymer-lactic acid (PLA) and aluminum alloy (AlSi10Mg) were studied and constructed via additive manufacturing for empirical tests. Ultimately, experimental evaluations were carried out for the metal gyroid heat exchanger for flow rates of 1-3 l/min (Reynolds number range of 1600-5000). It must be noted that laboratory tests at low Reynolds numbers could not be conducted due to equipment limitations.
استاد راهنما :
احمد سوهانكار
استاد داور :
محمدرضا توكلي، محسن دوازده امامي