عنوان پایان‌نامه
بررسی جریان وانتقال حرارت مغشوش درکانالهای سه بعدی چرخان
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1585;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 41751
- تاریخ دفاع
- ۲۶ خرداد ۱۳۸۸
- دانشجو
- محمد علیزاده
- استاد راهنما
- مهرداد رئیسی دهکردی
- چکیده
- این پایان‌نامه به بررسی عددی جریان سیال و انتقال حرارت آشفته در مجاری سه بعدی ساکن و دوار با سطح مقطع مربعی می‌پردازد. این‌گونه جریان‌ها عموماً در سیستم خنک‌کاری داخلی پره‌های توربین گاز پیشرفته وجود دارند. در این تحقیق از روش عددی حجم- محدود و الگوریتم سیمپل به منظور حل معادلات حاکم استفاده شده است. به منظور ارزیابی توانایی مدل‌های توربولانس عدد رینولدز پایین در پیش‌بینی مشخصات جریان و دما، مدل‌های توربولانس مختلفی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. هندسه‌های بررسی شده در این تحقیق عبارتند از: کانال سه بعدی با دیواره‌های صاف با مقطع مربع و کانال ریبدار با آرایش یک در میان با مقطع مربع. در هندسه اول (کانال با دیواره‌های صاف) با استفاده از مدل‌های ناحیه‌ای، خطی، غیرخطی و مدل ، جریان و انتقال حرارت در حال توسعه در دو حالت کانال ساکن و کانال دوار بررسی شده است. برای محاسبات جریان، عدد رینولدز 100000 و اعداد دوران برابر 0/0 (کانال ساکن) و 1/0 در نظر گرفته شده است. برای محاسبات انتقال حرارت، عدد رینولدز 36000، عدد پرانتل 81/5 و اعداد دوران برابر 0/0 (کانال ساکن)، 2/0 و 4/0 می‌باشد. محور دوران در هر دو حالت عمود بر راستای جریان می‌باشد. نتایج جریان در این هندسه با نتایج آزمایشگاهی مک‌فرلان و همکاران و نتایج انتقال حرارت با نتایج آزمایشگاهی ایاکویدس و همکاران مقایسه شده است. در هندسه دوم (کانال ریبدار) جریان توسعه یافته و انتقال حرارت با استفاده از دو مدل خطی و غیرخطی در عدد رینولدز 100000 و عدد پرانتل 71/0 در دو حالت کانال ساکن و کانال دوار بررسی شده است. در حالت دوار عدد دوران برابر 2/0 و محور دوران عمود بر راستای جریان و موازی ریب‌ها در نظر گرفته شده است. در این هندسه نتایج بدست آمده با نتایج ایاکویدس و همکاران که با استفاده از LDA انجام شده است، مقایسه گردیده است. در کانال با دیواره‌های صاف در هر دو حالت ساکن و دوار بررسی جریان در حال توسعه نشان می‌دهد که در همه موقعیت‌ها علی‌الخصوص در انتهای کانال مدل‌های غیرخطی و بهتر از سایر مدل‌ها قادر به پیش‌بینی تنش‌های رینولدز می‌باشند. بررسی انتقال حرارت نشان می‌دهد که تمامی مدل‌ها در حالت ساکن به خوبی می‌توانند ضریب انتقال حرارت را در کانال پیش‌بینی کنند، اما در حالت دوار مدل‌ها قادر به پیش‌بینی دقیق ضریب انتقال حرارت در صفحه فشار نیستند و آنرا کمتر از مقدار نتایج آزمایشگاهی پیش‌بینی می‌کنند. در کانال ریبدار بررسی جریان آشفته نشان می‌دهد که هم در کانال دوار و هم در کانال ساکن مدل خطی کمیت‌های توربولانس را در هسته کانال به خوبی پیش‌بینی می‌نمایند، اما قادر به محاسبه دقیق آن‌ها در نزدیکی دیواره ریبدار نمی‌باشند. از طرفی مدل غیرخطی نسبت به مدل خطی، در مجموع مشخصات میدان توربولانس را بر روی دیواره‌های صاف و ریبدار بهتر پیش‌بینی می‌نماید. با مقایسه نتایج حاصل از مدل‌های به کار گرفته شده در تحقیق حاضر می‌توان نتیجه گرفته که مقادیر عدد نوسلت محاسبه شده توسط مدل غیرخطی و مدل ، بهترین انطباق را با مقادیر اندازه‌گیری شده دارند.
- Abstract
- This dissertation concerns with investigation of fluid flow and heat transfer through three-dimensional ducts of square cross-section, which are either stationary, or rotate in orthogonal mode. Such flows are of direct relevance to the internal cooling system of modern gas turbine blades. Results of this dissertation are obtained using the finite volume scheme. Pressure field is resolved using the well-known SIMPLE algorithm. In order to assess the capability of low Reynolds number turbulence models in prediction of flow and heat transfer characteristics, several turbulence models, including the zonal k-? model, the linear and nonlinear k-? models and the model, have been used have The present work discusses turbulent flow and heat transfer through two different geometries, namely: (I) a square duct with smooth walls and (II) a square duct with normal ribs in a “staggered” arrangement. In the first geometry (smooth duct) developing flow and heat transfer under stationary and rotating conditions have been investigated. The flow data was obtained at a Reynolds number ( ) of 100,000 with rotation numbers ( ) of 0.0 and 0.1, whilst the heat transfer data was obtained at a Reynolds number of 36,000 with rotation numbers of 0.0, 0.2 and 0.4 and Prantdl number of 5.81. In all cases axis of rotation is normal to the flow direction. Flow and heat transfer results have been compared to experimental data of Macfelane et al. and Iacovides et al., respectively. In the second geometry (ribbed duct) periodic flow and heat transfer at Reynolds number of 100,000 and Prantdl number of 0.71 in both stationary and rotating conditions have been computed. Computations are performed using the linear and nonlinear turbulence models. In the rotating case, rotation number is 0.2 and axis of rotation is normal to the flow direction and parallel to the ribs. The numerical results of this geometry have been compared to experimental data of Iacovides et al. In the smooth channel, in both stationary and rotating conditions, the nonlinear and models are able to produce better results for turbulent quantities in comparison to other models. The results of heat transfer show that, in the stationary case all models can predict heat transfer coefficient accurately. However, in the rotating case none of the turbulence models can faithfully predict heat transfer coefficient on the pressure side. In contrast, on the suction side, numerical results are in fairly good agreement with the experimental data. In the ribbed channel, the mean flow predictions show that both the linear and non-linear models can successfully reproduce most of the measured data for the stream-wise and cross-stream velocity components. Moreover, the nonlinear model is able to produce better results for the turbulent stresses. Comparison of the results of applied models in this work show that the Nusselt number predictions obtained with the nonlinear and models are in better agreement with measurement data.
