عنوان پایان‌نامه
افزایش اختلاط و انتقال حرارت توسط مانع استوانه ای ساکن و دوار نوسانی در مینی کانال
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2353;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 58410
- تاریخ دفاع
- ۰۸ تیر ۱۳۹۲
- دانشجو
- محسن چراغی
- استاد راهنما
- مهرداد رئیسی دهکردی
- چکیده
- در این تحقیق افزایش انتقال حرارت جابجایی اجباری و اختلاط در مینی‌کانال‌ها با استفاده از مانع استوانه‌ای چرخان نوسانی و ساکن به صورت عددی بررسی شده است و توان مکانیکی مورد نیاز برای نوسان استوانه و توان لازم برای جریان سیال نیز مورد توجه قرار می‌گیرد. همچنین امکان استفاده از حرکت نوسانی مانع در افزایش انتقال حرارت جریان تراکم‌پذیر در میکروکانال‌ها بررسی می‌شود. در مطالعه انتقال حرارت مینی‌کانال‌ها، جریان تراکم‌ناپذیر با عدد رینولدز 100 (بر حسب قطر استوانه) و سیالات با اعداد پرانتل 1/0 تا 10 در نظر گرفته شده است در حالی که ضریب انسداد (نسبت قطر استوانه به ارتفاع کانال) برابر می‌باشد. با قرارگیری استوانه ثابت در کانال، جریان غیر دائمی با عدد استروهال 36/0 بوجود می‌آید. ابتدا تاثیر نزدیکی استوانه ثابت به دیواره پایینی کانال بر پدیده ریزش گردابه‌ها و میزان افزایش انتقال حرارت بررسی شده است. با نزدیک‌تر شدن استوانه به دیواره، شدت برهم‌کنش گردابه‌ها کمتر شده و درنتیجه انتقال حرارت از دیواره‌ها کاهش می‌یابد.در ادامه، تاثیر فرکانس و دامنه نوسانات استوانه بر افزایش انتقال حرارت مینی‌کانال بررسی شده است. مستقل از دامنه نوسانات، در فرکانس بدون بعد F = 0.8 بیشینه انتقال حرارت در کانال مشاهده می‌شود و در فرکانس ثابت، افزایش دامنه موجب افزایش انتقال حرارت در کانال خواهد شد. تحلیل‌های عملکردی برای سیالات متفاوت حاکی از آن است که استفاده از استوانه برای جریان تراکم‌ناپذیر گازها (سیالات با عدد پرانتل پایین‌تر) کارا‌تر می‌باشد. افزایش اختلاط در مینی‌کانال‌ها با ورود دو جریان تراکم‌ناپذیر توسعه یافته به کانال با عدد رینولدز 100 و عدد پکلت 100 تا 800 بررسی شده است. تاثیر دامنه و فرکانس حرکت نوسانی دوار بررسی شده و نتایج نشان می‌دهد که استفاده از استوانه نوسانی با دامنه ? و فرکانس 25/1 برابر فرکانس ریزش گردابه‌های جریان در حضور استوانه ثابت باعث 70 درصد افزایش اختلاط نسبت به کانال ساده می‌شود. همچنین هنگامی که فرکانس نوسان استوانه برابر فرکانس ریزش گردابه‌های جریان در حضور استوانه ثابت می شود، توان کل مورد نیاز برای سیستم بیشینه است. در نهایت، تاثیر حرکت نوسانی میکروسیلندری به قطر 30 میکرون بر انتقال حرارت جریان تراکم‌پذیر هوا در میکروکانالی به ارتفاع و طول 30 و 1000 میکرون مطالعه شده است. هوا با دما و فشار سکون 300K و 200 kPa از مخزن خارج شده و وارد میکروکانال می‌شود در حالی که شار حرارتی ثابتی برابر q" = ?10?^5 W/m^2 بر دیواره‌های کانال اعمال می‌شود. نتایج حاکی از آن است که قرارگیری استوانه در کانال موجب کاهش اثرات تراکم‌پذیری و افزایش رقت جریان سیال می‌شود. قرارگیری میکرو استوانه ثابت در میکروکانال موجب افزایش موضعی خنک‌کاری در دیواره‌های میکروکانال می‌شود و با حرکت نوسانی میکروسیلندر، انتقال حرارت از دیواره‌ها کاهش می‌یابد. این پدیده به دلیل گرمای حاصل از تنش‌های برشی در اطراف میکروسیلندر می‌باشد.
- Abstract
- In this thesis, convective and mixing enhancement in a mini-channel via a rotationally oscillating circular cylinder are numerically investigated and required mechanical power for cylinder oscillation and pumping power for fluid flow are calculated. In addition, possibility of using an oscillating microcylinder for heat transfer enhancement of a compressible flow in microchannels is studied. In the first stage of this study, incompressible flow (Re_D=100) of different fluids (0.1
