عنوان پایان‌نامه
تحلیل عددی جریان و انتقال حرارت هوا در حالت آشفته در فضای بین روتور و استاتور توربو ژنراتورها
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2761;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64965
- تاریخ دفاع
- ۱۷ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- محمدرضا ابیانکی
- استاد راهنما
- کیوان صادقی, مهرداد رئیسی دهکردی
- چکیده
- جریان سیال بین دو استوانه هم مرکز چرخان، که به نام جریان تیلور-کوئت شناخته می¬شود، جزو موضوعات مورد علاقه دانشگاه و صنعت است. در صنعت، با نوع آشفته این جریان در هنگام خنک-کاری ژنراتور و موتورهای الکتریکی مواجه می¬شویم. همانطور که می دانیم، توان خروجی ماشین¬های الکتریکی در ارتباط تنگاتنگ با دمای ماکزیمم قابل تحمل قطعات آن (که ناشی از اتلافات مختلف می-باشد) کنترل می شود. از اینرو، مبحث خنک کاری در این دسته از ماشین آلات دارای اهمیت ویژه ای است. یکی از روش های متداول برای این کار، تزریق جریان هوا از طریق شیارهای تعبیه شده بر روی روتور به داخل فضای بین روتور و استاتور می باشد. با توجه به سرعت دورانی بالا در روتور (3000 دور در دقیقه)، جریان هوا بصورت آشفته می باشد. علاوه بر سرعت دورانی بالا و وجود انتقال حرارت، وجود جریان محوری نیز بر پیچیدگی جریان می افزاید. مطالعه حاضر شامل بررسی عددی جریان آشفته در جریان تیلور-کوئت-پوازی می باشد. برای مدل‌سازی جریان آشفته در این هندسه از مدل های مختلف آشفتگی استفاده شده است: فرم استاندارد و فرم های RNG و Realizable آن به همراه مدل استاندارد و برشی . همچنین برای انجام محاسبات عددی، از حلگر منبع باز OpenFOAM، که یک حلگر بر پایه‌ی روش حجم محدود است، استفاده گردیده است. لازم به ذکر است که از روش تصحیح فشار سیمپل برای تصحیح میدان فشار استفاده گردیده است و برای گسسته‌سازی فضایی کلیه جمله‌های جابجایی از روش پاد بادسو مرتبه دوم استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش عدد رینولدز محوری و تیلور دورانی، انتقال حرارت افزایش پیدا می کند. همچنین وجود سوراخ ها بر روی سطح روتور، به افزایش اغتشاش جریان و در نتیجه افزایش انتقال حرارت کمک می کند.
- Abstract
- Flow occurring between two concentric rotating cylinders (known as Taylor-Couette flow) is an interesting subject in both academic and industrial branches of fluid mechanics. In power-generation industry, this particular flow is encountered when air is used under turbulent conditions to cool down electric motors and generators. By so-doing, the output power of electric machines (which is closely related to the rise in temperature as caused by various wastes) can be improved. One of the traditional ways to cool down electric machines is to inject airflow through the slots on the rotor surface and finally into the gap between rotor and stator. Due to high rotational speed of rotor (3000 rpm), turbulent regime prevails. Also, the presence of heat transfer and axial flow adds to the complexity of the flow. This numerical study investigates turbulent Taylor-Couette flow superimposed by a Poiseuille component. Different turbulence models are used for this purpose: RNG, Realizable and standard k-? as well as SST and standard k-?. Numerical computations are performed using OpenFOAM software?an open source solver based on the finite volume method. The SIMPLE algorithm is used here as the velocity-pressure coupling scheme. Also, second-order Upwind scheme is used for spatial discretization. Results suggest that higher axial Reynolds number and higher tangential Taylor number enhances heat transfer. Also, the presence of slots on the surface of the rotor has a positive effect on enhancing the flow mixing and thereby improving the rate of the much-needed heat transfer.
