پديد آورنده :
شهرزادي، مهتاب
عنوان :
شبيه سازي عددي انتقال حرارت رسانش، همرفت و تشعشع در محيط متخلخل سلول باز سازمان يافته
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هجده، 103ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محسن دوازده امامي
استاد مشاور :
عبدالحميد اكبرزاده
توصيفگر ها :
انتقال حرارت , فوم فلزي سلول باز , سلول سازمان يافته , ديناميك سيالات محاسباتي
استاد داور :
احمد سوهانكار، محمدرضا سليم پور
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/07/21
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/07/22
چكيده فارسي :
1 چكيده شناسايي مواد جديد با خواص مناسب و استفاده از آنها براي بهبود عملكرد در مسائل مختلف همواره مورد توجه محققان بوده است يكي از اين مواد جديد فومهاي فلزي سلول باز هستند امروزه با توجه به پيشرفت تكنولوژي پرينت سهبعدي و امكان ساخت مواد با ساختار دلخواه فومهاي فلزي با ساختار منظم بسيار مورد توجه قرارگرفتهاند ديناميك سياالت محاسباتي روشي با دقت زياد و هزينه نسبتا كم براي بررسي رفتار اين مواد تحت شرايط مختلف است در اين پژوهش جريان سيال و انتقال حرارت هدايتي جابهجايي و تشعشع براي سلولهاي پريوديك سهبعدي با ساختار منظم براي بازه وسيعي از ميزان تخلخل 7 0 99 0 و اعداد رينولدز 1 051 توسط نرمافزار فلوئنت بررسي شده است در اين بررسيها هوا با دماي پايين تحت شرايط جريان پايا تراكمناپذير و خواص ثابت وارد سلول از جنس آلومينيوم شده و آن را خنك ميكند در ابتدا رفتار هيدورديناميكي جريان در سلول بدون اعمال گراديان حرارتي بررسي شده و مشاهده شد كه با كاهش ميزان تخلخل پارامترهاي سطح ويژه ضريب هدايت حرارتي موثر ناشي از هدايت افت فشار ضرايب اينرسي دارسي و غيردارسي و ضريب اصطكاك افزايش مييابند اما قطر حفره معادل و نفوذپذيري كاهش مييابند در ادامه يك بار با صرف نظر از تشعشع حرارتي انتقال حرارت هدايتي و جابهجايي تحت دو شرط مرزي دماي ثابت در سطوح جامد و انتقال مقدار گرماي ثابت توسط جامد بررسي شد در يك عدد رينولدز يكسان در شرط مرزي دماي ثابت با كاهش ميزان تخلخل به دليل افزايش سطح جامد با دماي باال دما در كل سلول افزايش مييابد اما در شرط مرزي انتقال مقدار گرماي ثابت توسط جامد با كاهش ميزان تخلخل به دليل كاهش شار حرارتي بر روي سطوح جامد دما در كل سلول كاهش مييابد در هر دو شرط مرزي در يك ميزان تخلخل ثابت با افزايش عدد رينولدز و در نتيجه افزايش سرعت جريان ورودي و توانايي آن در خنك كردن دما در سلول كاهش مييابد همچنين با كاهش ميزان تخلخل در يك عدد رينولدز ثابت به دليل كاهش سطح مقطع جريان در سلول سرعت در سلول افزايش مييابد ضريب انتقال حرارت جابهجايي با افزايش ميزان تخلخل به بيش از 59 0 افزايش مييابد اما براي ميزان تخلخلهاي كمتر داراي تغييرات چنداني نيست اما عدد ناسلت به دليل وابستگي به ضريب انتقال حرارت و نفوذپذيري با افزايش ميزان تخلخل همواره افزايش مييابد در ادامه تشعشع نيز به بررسيها اضافه شده و با افزايش ميزان تخلخل ضريب هدايت حرارتي موثر ناشي از تشعشع افزايش مييابد كه اين افزايش در دماهاي ميانگين باالتر به ميزان بيشتري است ضريب هدايت حرارتي موثر ناشي از تشعشع با افزايش ضريب صدور جامد و اختالف دماي اعمالي به سلول به مقدار ناچيزي افزايش مييابد اما با افزايش اندازه سلول به صورت خطي افزايش مييابد همچنين مشاهده شد كه در ميزان تخلخلهاي پايينتر انتقال حرارت هدايتي و در ميزان تخلخلهاي باالتر انتقال حرارت تشعشعي نقش عمده را در مقدار ضريب هدايت حرارتي موثر كلي ايفا ميكند بهگونهاي كه در دماي ميانگين سلول 1800K سهم ضريب هدايت حرارتي موثر ناشي از تشعشع از ضريب هدايت حرارتي موثر كلي براي ميزان تخلخل 99 0 برابر 59 و براي ميزان تخلخل 7 0 برابر با 21 است پس از بررسي هر سه مود انتقال حرارت در شرط مرزي انتقال مقدار ثابت گرما مشاهده شد با كاهش عدد رينولدز به دليل افزايش دماي سطح جامد سهم تشعشع از كل انتقال حرارت به صورت نمايي افزايش مييابد براي نمونه با ميزان تخلخل 99 0 با كاهش عدد رينولدز از 051 به 5265 1 سهم تشعشع از كل انتقال حرارت 6 برابر افزايش مييابد و دما در كل سلول نيز به ميزان بيشتري كاهش مييابد كلمات كليدي انتقال حرارت فوم فلزي سلول باز سلول سازمان يافته ديناميك سياالت محاسباتي
چكيده انگليسي :
104 Numerical Simulation of Conduction Convection and Radiation Heat Transfer in Open Cell Lattice Structured Porous Media Mahtab Shahrzadi m shahrzadi@me iut ac ir Date of Submission 2020 09 17 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisor Mohsen Davazdah Emami mohsen@cc iut ac irAbstract Researchers have always been interested in identifying new materials with suitable properties and using themto improve performance in various applications One of these new materials are open cell metal foams Nowadays due to the advancement of 3D printing technology and the possibility of making materials with desired structures metal foams with regular structure have received much attention Computational fluid dynamics is a method withhigh accuracy and relatively low cost to study the behavior of these materials under different conditions In thepresent research fluid flow and conduction convection and radiation heat transfer have been studied for three dimensional periodic cells with lattice structure for a wide range of porosity 0 7 0 99 and Reynolds numbers 1 150 by using the Fluent software In this study a steady incompressible flow of air with constant thermophysicalproperties inside an aluminum cell is simulated numerically First the hydrodynamic behavior of the flow in thecell without thermal gradient was investigated It was observed that by decreasing the porosity parameters likespecific surface area conductive thermal conductivity pressure drop inertia coefficients Darcy and non Darcycoefficients and friction factor are increased but the equivalent pore diameter and permeability are reduced Thenin absence of radiation conduction and convection heat transfer was investigated under two different boundaryconditions constant temperature at solid surfaces and constant heat release inside the solid The results show thatby decreasing porosity at the same Reynolds number temperature in the whole cell increases for the case ofconstant temperature boundary condition due to the increase of solid surfaces with high temperature but for thecase of constant heat transfer boundary condition temperature decreases due to the reduction of heat flux on solidsurfaces In both cases at a constant porosity the temperature in the cell decreases with increasing Reynoldsnumber because of increasing the inlet flow velocity and its ability to cool the cell Moreover by reducing theporosity at a constant Reynolds number the velocity in the cell increases due to the reduction of the flow crosssection in the cell By increasing the porosity to more than 0 95 heat transfer coefficient increases but it doesn tchange much for less porosities But the Nusselt number always increases with the porosity due to the dependenceon both heat transfer coefficient and permeability Further in this research radiation was added to the problem athand and it was observed that radiative equivalent thermal conductivity increases with increasing porosity whichis greater at higher average cell temperatures The radiative equivalent thermal conductivity increases slightlywith increasing solid radiative emission coefficient and the applied temperature difference but increases linearlywith increasing the cell size It was also observed that at low porosities the conduction heat transfer and at higherporosities the radiative heat transfer play major roles in the effective thermal conductivity At the average celltemperature of 1800K the ratio of radiative equivalent thermal conductivity to the effective thermal conductivity is calculated 95 for the porosity of 0 99 and 12 for the porosity of 0 7 After examining all three modes ofheat transfer at the constant heat rate boundary condition it was observed that with decreasing Reynolds number temperature of solid surfaces increases so the ratio of radiation heat transfer to the total heat transfer increasesexponentially for the porosity of 0 99 this ratio increases
استاد راهنما :
محسن دوازده امامي
استاد مشاور :
عبدالحميد اكبرزاده
استاد داور :
احمد سوهانكار، محمدرضا سليم پور
