عنوان پایان‌نامه
حل میدان جریان وانتقال حرارت مغشوش در یک کانال متخلخل
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1622;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 42575
- تاریخ دفاع
- ۱۲ مهر ۱۳۸۸
- دانشجو
- هادی جعفری
- استاد راهنما
- محمدحسن رحیمیان
- چکیده
- هدف از انجام این پایان‌نامه، حل عددی غیر دائمی جریان سیال و انتقال حرارت آشفته در داخل یک کانال دوبعدی متخلخل می‌باشد. میدان متخلخل با اضافه کردن یک سری موانع استوانه‌ای به‌طور منظم ایجاد شده است. اعداد رینولدز جریان بر اساس ارتفاع کانال و سرعت جریان آزاد 10000 و 15000 می‌باشند. برای مدل‌سازی آشفتگی کل میدان از مدل خطی و برای مدل‌سازی آشفتگی در کنار دیواره اصلی و دیواره‌های اطراف موانع مقطع مربعی از مدل قانون دیواره استفاده شده است. روش عددی به‌کار گرفته شده در این تحقیق، روش حجم محدود با استفاده از الگوریتم سیمپل می‌باشد. معادلات حاکم در یک شبکه جابجا شده گسسته‌سازی شده است و ترم‌های جابجایی در تمام معادلات حاکم با استفاده از روش قاعده توانی تقریب زده شده‌اند. برای منفصل‌سازی ترم‌های زمانی در معادلات حاکم از روش ضمنی استفاده شده است. برای آنکه از معتبر بودن کد نوشته‌شده اطمینان حاصل شود، ابتدا نتایج میدان سرعت و انتقال حرارت برای جریان آرام و نیز جریان آشفته در یک کانال خالی از مانع با نتایج ارائه‌شده در مراجع مقایسه گردیده است، سپس نتایج میدان سرعت و انتقال حرارت و تنش‌های آشفتگی در یک کانال شامل یک مانع استوانه‌ای با مراجع مقایسه گردیده‌اند. همخوانی نتایج حاصل‌شده در دو حالت جریان آرام و جریان آشفته با نتایج مراجع، نشان از اعتبار کد برای انجام هدف اصلی این پایان‌نامه را دارد. نتایج مدل‌سازی شامل پارامترهای مختلف جریان سیال (شامل خطوط جریان، پروفیل‌های متوسط سرعت در فواصل مختلف درون میدان متخلخل، افت فشار کلی کانال در اثر میدان متخلخل) و انتقال حرارات (شامل میدان دما، تغییرات عدد نوسلت متوسط در راستای طولی کانال، تغییران نوسلت میانگین بر حسب میزان رینولدز ذره‌ای) می‌باشد. میدان متخلخل در یک سوم میانی کانال واقع شده است. بر اساس تعداد موانع استوانه‌ای و فواصل میان آن‌ها، ضریب تخلخل‌های مختلفی به‌وجود آمده است که نتایج تحقیق در آن ضرایب تخلخل، ارائه گردیده است.
- Abstract
- This study introduces a direct numerical method to simulate flow field and heat transfer in porous media in cross flow at high Reynolds number. The method is based on regular distribution of square rods to generate the porous media in a two dimensional (2-D) duct. Unsteady equations are solved which allow any periodic shedding motion to be resolved. Both diffusion and convection terms of N.S. equations are considered and no-slip condition is applied in the neighboring of any particle. The superimposed turbulent fluctuations are simulated with the turbulence model. Wall functions given by Launder and Spalding (1974) are employed to prescribe the boundary conditions along the faces of the square particles and the channel walls of the computational domain. For the regions around the particles the law of the wall is assumed to be valid for the flow, and for the regions near the channel walls the law of the wall is assumed to be valid for both the flow and temperature fields. The wall functions are applied in terms of diffusive wall fluxes. For the wall-tangential moment these are the wall shear stresses. If the wall shear stress is calculated with the laminar equation. The physical configuration is a parallel plate channel with adiabatic walls or constant temperature. The energy transport equation is solved in solid particles without invoking the assumption of local thermal equilibrium. The Reynolds numbers based on channel height are and . The turbulence model was used in conjunction with the Reynolds- averaged momentum and energy equations for the simulations. A finite volume technique with staggered grids combined with the SIMPLE algorithm is applied with a fine grid resolution. The convective terms are discreted using hybrid scheme.The local Nusselt numbers and total pressure drop are calculated in unsteady state flow. The models were validated for a 2-D plane channel flow with two Reynolds numbers equal to 15000 for heat transfer and 22000 for flow parameters. The results show that decreasing in porosity causes increasing in Nusselt number and pressure drop.
