عنوان پایان‌نامه
تعیین توزیع بهینه گرمکن ها در یک کوره تابشی با استفاده از روش مونت کار لو
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 42874;کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1633
- تاریخ دفاع
- ۲۱ مرداد ۱۳۸۸
- دانشجو
- محمد همتی
- استاد راهنما
- فرشاد کوثری
- چکیده
- این پایان‌نامه به تخمین توزیع دو‌بعدی منابع حرارتی‌ای که توزیع دما و شار حرارتی دلخواهی را روی سطح طراحی تولید می‌کنند، می‌پردازد. طراحی محفظه‌های تشعشعی یکی از رایج‌ترین مسایل مطرح در مهندسی حرارتی است. در این مسایل غالباً هدف تابش به یک سطح طراحی توسط سطوح گرمکنی است که در محفظه قرار گرفته‌اند. پیش از این محفظه‌های تشعشعی که در فرآیندهای صنعتی بکار می‌روند با روشهای سعی و خطا طراحی می‌شدند که معمولاً زمان قابل توجهی را برای دستیابی به حلی با دقت محدود، نیاز دارند. روشهای معکوس حرارتی از جمله موضوعاتی است که اخیراً مورد توجه قرار گرفته است و کاربردهای فراوانی دارد. روشهای معکوس حرارتی به طور معمول برای محاسبه مجهولاتی نظیر شرایط مرزی (مانند شار حرارتی یا دما)، خواص ترموفیزیکی بخشی از هندسه جسم که نامعلوم است (نظیر هندسه مرز یا حفره‌های درون جسم) و همچنین منبع حرارتی درون جسم، کاربرد دارد. برای تخمین شار حرارتی مورد نیاز در گرمکن‌ها، یک مسئله تشعشع حرارتی پایا طراحی می‌شود و براساس آن سطح طراحی مورد نظر تحت تاثیر بارهای حرارتی و توزیع دمای مورد نظر قرار می‌گیرد و آنگاه با استفاده از روشهای معکوس حرارتی برای تخمین پارامتر، پارامترهای مجهول تخمین زده می‌شوند. اما به هرحال این روش از لحاظ ریاضی اصطلاحاً بد وضع می‌با‌شد چراکه این امکان وجود دارد که برای یک توزیع دما و حرارت دلخواه روی سطح طراحی، هیچ و یا چندین توزیع حرارتی برای سطوح گرمکن وجود داشته باشد. اساس روشهای معکوس حرارتی بر مبنای کمینه کردن تابع هدفی است که به صورت مجموع مربعات تفاضل شارهای اندازه‌گیری شده و شارهای تخمین زده شده در سطح طراحی تعریف می‌شود. برای محاسبه ضرایب توزیع سطوح محفظه از روش مونت-کارلو استفاده شده است. استفاده از این روش منجر به ساده‌تر شدن محاسبات و در عین حال حفظ دقت قابل قبول حل خواهد شد. علاوه بر آن نیازی به شبکه بندی داخل محفظه نخواهد بود و به این ترتیب زمان حل کوتاه‌تر از محاسبه به روش CFD می‌شود. در ادامه دو مسئله متفاوت به صورت زیر حل خواهند شد که هدف آنها رسیدن به شار و توزیع دمای یکنواخت به طور همزمان در سطح طراحی است که با بدست آوردن شدت و مکان گرمکن‌ها در سطح گرمکن انجام می‌گیرد. 1. یک محفظه مربعی ساده 2. محفظه‌های مربعی پله‌ای با پله‌های متفاوت
- Abstract
- ABSTRACT Radiant enclosures used in industrial processes have traditionally been designed by trial-and-error, a technique that usually demands considerable time to find a solution of limited quality. As an alternative, designers have recently adopted optimization and inverse methodologies to solve design problems involving radiative transfer; the optimization methodology solves the inverse problem implicitly by transforming it into a multivariable minimization problem, while the inverse design methodology solves the problem explicitly using regularization. An inverse radiation problem is investigated in this work, where the strength of a heat source which produces a desired temperature and heat flux distribution on the design surface in a 2D infinite square radiative furnace whose walls are diffuse-grey, without any absorbing, emitting, and scattering media is estimated from temperature measurements in the domain. Since the heat source under consideration may be thought of as a model of flames in a furnace where the major mechanism of heat transfer is radiation, in the present investigation, we consider heat transfer by only radiation. In this case, the energy conservation equation provides the local temperature which determines the blackbody intensity in the radiative transfer equation. Thus the problems are always implicit in temperature, and therefore require iterative procedure which makes the modeling of these processes complicated. In this thesis, Monte Carlo simulation is presented to find Radiation Distribution Factors matrix, which is the most important tool for an inverse design process of a radiant enclosure. In our Monte Carlo code 800,000 random rays are generated and their path is traced to decide about their absorbing or reflecting. Also about how to reflect, Diffuse or Specular. Finally they will absorb with one of the elements. The final consequence of all rays is saved and distribution Factor Matrix is computed. The Singular Value Decomposition (SVD) is used for computing the pseudo-inverse of the product matrix. For a matrix, we get the pseudo-inverse by taking the reciprocal of each non-zero element on the diagonal, and leaving the zeros in place. In numerical computation, only elements larger than some small tolerance are taken to be nonzero, and the others are replaced by zeros. An important attempt at enhancing the capability of the present approximation in order to make it reasonably accurate for all conditions has been made by modifying the tolerance to be nonzero in SVD method. It is seen that the computer time requirement of the new technique (which involves both problem preparation and solution) is much less than that of the Finite Volume Method approximations. With the employment of the new technique, one can solve the inverse radiation problem very efficiently with sufficient accuracy. The Monte Carlo code and method was validated with Apparent Emissivity finding for an infinite rectangular groove.
