عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی خنک کاری با استفاده از افشانه ها بر مبانی یکنواختی شار حرارتی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1570;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 41592
- تاریخ دفاع
- ۲۱ مرداد ۱۳۸۸
- دانشجو
- مهران رجائیان هونجانی
- استاد راهنما
- مهدی اشجعی, فرشاد کوثری
- چکیده
- امروزه در بسیاری از کاربرد های صنعتی علم انتقال حرارت، در کنار اهداف اصلی از آن از جمله گرم کردن، خنک کردن و یا خشک کردن، حصول هدف و شرایط دیگری مانند به دست آوردن شار حرارتی و یا دمای یکنواخت در سطح مورد نظر است. در این پایان نامه تلاش شده است تا با استفاده از ویژگی های انتقال حرارت مربوط به آرایه ی جت های شیاری برخوردی (اعم از شدت انتقال حرارت بالا و همچنین وجود امکان گرم کردن و سرد کردن) و همچنین به کارگیری الگوریتم بهینه سازی گرادیان های مزدوج، این هدف محقق شود. بطوریکه سعی شده است با بهینه سازی مشخصات آرایه ای از دو و یا سه جت شیاری برخوردی شامل رینولدز جت ها، ارتفاع از سطح برخورد و همچنین فاصله ی بین جت ها، انتقال حرارت یکنواختی در سطح برخورد ایجاد گردد. جت استفاده شده در این مطالعه شیاری، تک فاز و سیال استفاده شده نیز هوا می باشد. اختلاف دمای هوای خروجی از جت و سطح برخورد است. همچنین ناحیه ی حل توسط دیواره های عایق از بالا محدود شده است و صفحه ی برخورد دارای دمای ثابت است. جهت دست یابی به این هدف، در مرحله ی اول نیاز به حل مستقیم مساله ی انتقال حرارت از آرایه ی جت های برخوردی است. بدین منظور از روش حجم محدود وشبکه بندی بی سازمان برای شبیه سازی مساله استفاده شده است. در ادامه برای تعیین صحت روش مذکور مسائل نمونه ای حل شده اند. در این راستا، مساله ی انتقال حرارت ناشی از برخورد یک جت شیاری آرام به صفحه ی همدما، با استفاده از روش حجم محدود شبیه سازی شد و سازگاری مناسب نتایج حاصله با مطالعات پیشین، کارایی این روش در مورد مساله ی حاضر را تایید نمود. همچنین برای سنجش عملکرد الگوریتم بهینه سازی استفاده شده (روش گرادیان های مزدوج) یک توزیع شار ایجاد شده توسط چیدمان دلخواهی از دو جت برخوردی، به عنوان مساله ی هدف در نظر گرفته شده است. با استفاده از الگوریتم گرادیان های مزدوج، این چیدمان با خطایی کمتر از 10% بازیابی شد. مساله ی ایجاد انتقال حرارت یکنواخت در سطح برخورد آرایه ی جت ها در این مساله، در ابتدا توسط دو جت و برای به دست آوردن سه یکنواخت دلخواه حل شد. که با توجه به حدس اولیه برای متغیر های بهینه سازی، در کمتر از 10 مرحله نزدیکترین توزیع به توزیع یکنواخت با انحراف معیار به ترتیب به دست آمد که هر یک متناظر با اعداد رینولدز خروجی، ارتفاع از سطح برخورد و فاصله ی عرضی خاصی بودند. همچنین این روند با استفاده از سه جت برخوردی و برای ایجاد توزیع یکنواخت( ) نیز تکرار شد و تحت چیدمان خاصی در 7 مرحله توزیع یکنواختی از عدد با انحراف معیار به دست آمد.
- Abstract
- One of the main objectives in industrial heating or cooling processes is achieving a spatially uniform eat flux on the cooled or the heated surface. There is abundance of works done on achieving heat flux uniformity, most of which utilize radiation heat transfer. In this study obtaining uniform heat flux was investigated by means of using characteristics of Jet Impingement Heat Transfer which can provide high heat flux and have the ability for both cooling and heating. Conjugate Gradients Method was utilized to minimize the objective function defined on the basis of the squared differences between the target heat flux and the calculated ones. Design variables were taken to be jets’ Reynolds numbers, separation distance between the exit plane of the jets and the target plate as well as inter-jet spacing. Air single phase jets were used in this study. Temperature difference between the jet exit and the target plate is . The Finite Volume Method and an unstructured mesh were used for direct solution of the Jet Impingement Heat Transfer problem for a laminar single jet impingement to a flat plate with constant temperature and obtained results were compared with the previous literature. Moreover, in order to validate the performance of CGM, a specific heat flux distribution that was due to an arbitrary jet configuration was considered as the target objective. Conjugate gradients algorithm estimated the configuration with an error of less than 10%. Using an array of two jets, obtaining three different uniform surface Nusselt distributions was investigated and the optimization algorithm could create uniform surface Nusselt distribution in less than 10 steps with variances of , respectively. The triangular mesh was used for this case. The Initial and final Nusselt number distribution are were compared with uniform Nusselt number for both cases. The same objective was studied for the case of using 3 jets and a target Nusselt number of . The optimization algorithm was able to achieve a uniform surface Nusselt distribution in less than 7 steps with a variance of . The triangular mesh was used for this case. The Initial and final Nusselt number distribution are were compared with uniform Nusselt number for both cases.
