شماره راهنما :
1969 دكتري
پديد آورنده :
خرم مباركه، امير
عنوان :
شبيهسازي عددي سهبعدي طولاني مدت جوشش فيلمي بر روي صفحه افقي با دماي ثابت به روش رديابي جبهه
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
دوازده، 84ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
سعيد مرتضوي
استاد مشاور :
علياكبر عالمرجبي
توصيفگر ها :
تغيير فاز مايع- بخار , شبيهسازي عددي , جوشش فيلمي , روش رديابي جبهه , تغيير توپولوژي
استاد داور :
مهرداد تقيزاده منظري، ابراهيم شيراني، رامين كوهي كمالي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/08/20
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/08/21
چكيده فارسي :
پديده جوشش همواره به عنوان يك فرآيند مطلوب از نظر شار حرارتي بالا در اختلاف دماي كم شناخته ميشود. پديده جوشش، بدليل پيچيدگيهاي ذاتي تغيير فاز و همچنين وجود دو فاز در كنار يكديگر، مورد توجه محققان بوده و پيوسته روشهاي جديد و اصلاحاتي بر روشهاي قبلي، در شبيهسازيها ارائه ميگردد. در گذشته عموم فعاليتهاي انجام شده در زمينه جوشش، كارهاي تجربي و بدست آوردن روابط نيمه تجربي بودهاست. در اين پژوهش جوشش فيلمي روي صفحهي افقي به صورت سه بعدي توسط روش عددي بررسي و شبيهسازي ميشود. معادلات انرژي و ممنتوم از روش رديابي جبهه و با گسستهسازي اختلاف محدود، براي هر دو فاز، حل ميشوند. جملات اينرسي، ويسكوزيته و كشش سطحي نيز در اين شبيهسازي لحاظ ميگردند.
يكي از جنبههاي چالش برانگيز روش رديابي جبهه، شبيهسازي شكستن و ادغام حبابها ميباشد. استفاده كنندگان قبلي اين روش، شبيهسازيها را تا مرز شكستن و ادغام حبابها ادامه دادهاند. هدف از انجام اين پژوهش شبيهسازي درازمدت پديده جوشش فيلمي ميباشد. در اينجا از يك الگوريتم تغيير توپولوژي مبتكرانه براي غلبه بر اين چالش استفاده ميشود. بنابراين، شبيهسازيها در زمانهاي طولاني و تا چندين چرخه رهاسازي حباب با ارزيابي عدد ناسلت شبه حالت پايدار، انجام ميگردند. تأثير اعداد گراشف و جاكوب بر ديناميك سطح تماس مايع- بخار، انتقال حرارت و جريان سيال مورد مطالعه قرار ميگيرد. با افزايش عدد گراشف، اثر شناوري بر ويسكوزيته غالب شده، اندازه متوسط حبابها كاهش و عدد ناسلت متوسط افزايش مييابد. ميزان فراجوش بودن دماي ديوار، تأثير مستقيمي بر روي عدد جاكوب دارد. در اعداد جاكوب نسبتاً پايين، حبابها به صورت تناوبي از لايه بخار آزاد ميشوند، اما با افزايش عدد جاكوب، جتهاي بخار دائمي تشكيل شده و ضخامت آنها افزايش مييابد. همچنين در اندازه حباب و عدد ناسلت متوسط كاهش ديده ميشود. بررسي تاثر اندازه دامنه نشان ميدهد كه، عدد ناسلت متوسط با تغيير اندازه دامنه تقريبا ثابت ميماند. اختلال اوليه بصورت حالتهاي تك حباب و چند حباب شبيهسازي ميشود. اين اختلال هيچ اثر قابل توجهي بر عدد ناسلت متوسط ندارد. نسبت چگالي نيز مورد مطالعه قرار ميگيرد. با افزايش اين نسبت وضعيت حالت پايدار در زمان كوتاهتري به دست ميآيد.
چكيده انگليسي :
Boiling is always known as a desirable high heat transfer rate in low temperature process. Boiling, due to the inherent complexities of phase change as well as the presence of two phases, is the subject of attention and review of new methods and improvements on previous methods are presented in simulations. In the past, the activities carried out in the field of boiling were experimental works and obtaining semi-experimental relationships. This study investigates film boiling on a horizontal periodic surface in three dimensions through direct numerical simulations. To solve the momentum and energy equations in both phases, a finite difference/front tracking method is used that accounts for inertia, viscosity and interface deformation.
One of the challenging aspects of front tracking method is breakup and coalescence of bubbles. Previous works continued the simulations up to the breakup and release of the bubble. The purpose of this study is long time simulation of boiling. Here an innovative topology changing algorithm is used to overcome this challenge, So, simulations are carried out over sufficiently long times to capture several bubble release cycles and to evaluate the quasi steady-state Nusselt number (Nu) ̅. Effect of the Grashof and Jacob numbers on the interface dynamics, heat transfer, and fluid flow is studied. By increasing the Grashof number, buoyancy suppresses the viscous effect, so the average size of departing bubbles decreases and the average Nusselt number increases as well. Wall superheat has direct influence on Jacob number. At relatively low Jacob numbers, the bubbles are released periodically from the vapor film, but as the Jacob number increases, permanent vapor jets are formed and become thicker. However the bubble size and the average Nusselt number decrease. The effect of unit cell size is investigated. It is observed that (Nu) ̅ does not change much with unit cell size. To examine the effect of initial perturbation, single mode and multimode cases were simulated. The initial
perturbation has no significant effect on the (Nu) ̅. Density ratio is studied and it is observed that the stationary steady state condition is reached at a shorter time.
استاد راهنما :
سعيد مرتضوي
استاد مشاور :
علياكبر عالمرجبي
استاد داور :
مهرداد تقيزاده منظري، ابراهيم شيراني، رامين كوهي كمالي