عنوان پایان‌نامه
مدل سازی ریاضی و شبیه سازی همزمان انتقال حرارت و مومنتوم درون کانال ها
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70131
- تاریخ دفاع
- ۲۴ اسفند ۱۳۹۳
- دانشجو
- ارمان صفاری
- استاد راهنما
- محمد اسماعیلی, حسین ابوالقاسمی
- چکیده
- بررسی پدیدهی انتقال حرارت در تجهیزات فرایندی نظیر مبدلها، ستون¬های تقطیر، خشککن¬ها، راکتور¬ها و همچنین در کاربردهای نوین از جمله بیوراکتورها و میکروراکتورها در کنار پدیده انتقال جرم و واکنش¬های شیمیایی اهمیت بسزایی در طراحی بهینه¬ی این تجهیزات دارد. از این رو تاکنون بررسیهای فراوانی در راستای توزیع مناسب دما در سیستمهای شیمیایی مختلف صورت گرفته است. از جملهی این پژوهشها، بررسی نرخ و چگونگی انتقال حرارت در سیستم¬های شامل لایههای مرزی حرارتی در کانالها و به خصوص درون لولههاست. لایهی مرزی حرارتی و نرخ توسعه آن در طول لوله برای جریان آرام تاکنون به روشهای مختلف تحلیلی، تقریبی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. اما این روشها عموماً عددی و تقریبی بوده و یا در روشهای تحلیلی تعداد جملات محدودی از سری جواب در نظر گرفته شده است. نرخ انتقال حرارت و توسعه لایهی مرزی حرارتی در راستای طول لوله ارتباط تنگاتنگی با انتقال مومنتوم و توزیع سرعت سیال دارد. به طور کلی پارامترهای سیال و توزیع سرعت درون لوله اثر مستقیم بر انتقال حرارت دارند. از این رو ارزیابی اثر توزیع سرعت جریان آرام بر نرخ انتقال حرارت و چگونگی تشکیل و توسعهی لایهی مرزی حرارتی اهمیت فراوان دارد. هدف از این پژوهش ارائه راه حل تحلیلی در خصوص تشکیل لایهی مرزی حرارتی در لولهها و بررسی اثر رژیم جریانی آرام بر انتقال حرارت در این هندسه پرکاربرد بوده است. در همین راستا حل تحلیلی منطقهی تشکیل لایهی مرزی حرارتی درون لوله در سه حالت از توزیع سرعت مدلسازی شده و به کمک توابع گراتز حل گردیده و نتایج حالات مختلف با یکدیگر مقایسه گردیده است. حل تحلیلی ارائه شده در حالتهای توزیع سرعت جریان آرام، توزیع سرعت یکنواخت و برابر با سرعت ماکزیمم و نیز سرعت یکنواخت برابر با سرعت متوسط مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشاندهندهی آن است که در منطقهی بسیار کوچکی از نقطهی تشکیل لایهی مرزی، ضخامت این لایه به ترتیب در حالت جریان آرام، سرعت متوسط و سرعت ماکزیمم بیشترین مقدار را دارند. در حالی که خارج از این منطقه و با افزایش فاصله از نقطهی تشکیل لایهی مرزی حرارتی، ضخامت این لایه در حالت سرعت متوسط بیشتر از حالت جریان آرام میشود و در نهایت نرخ انتقال حرارت از جداره به سیال، به ترتیب در سرعت متوسط، جریان آرام و سرعت ما
- Abstract
- Study on heat transfer phenomena in process instruments such as heat exchangers, separation columns, dryers, reactors and also in other recent applications such as bioreactors, membrane processes, micro reactors together with mass transfer and chemical reactions has significant importance in order to reach optimized design. Therefore, extensive researches have done in order to obtain suitable and efficient temperature profile in such instruments so far. One of the most applicable cases of study is systems include thermal boundary layer in ducts and especially in pipes. Till now, development of thermal boundary layer and rate of boundary layer growth have been studied numerically, approximately and analytically. But most of them are numerically and approximately and analytical methods only predict a few first expression of result serie. Heat transfer rate and boundary layer growth along the pipe length is closely contributed to momentum transfer and velocity profile. In general, fluid parameters and segmental velocity profile have direct influence on heat transfer. Therefore evaluation of laminar velocity profile effect on heat transfer rate and boundary layer development and growth is of importance. Main purpose of this study is to present an analytical solution in order to demonstrate thermal boundry layer formation in pipes and to evaluate effect of laminar flow regime on heat transfer phenomena in such applicable geometry. So, analytical solution of thermal boundary layer forming region in pipes is presented for average, maximum and laminar velocity profiles. As results indicate, in small region near thermal boundary layer formation point, thermal boundary layer thickness respectively decreases from laminar flow to average velocity and to maximum velocity, while out of this narrow region, average velocity profile provides thicker layer than laminar flow profile and more heat transfer rate occures at average, laminar flow and maximum velocity, respectively. Aver
