پایان نامه جریان حول اجسام جریان بند

پایان نامه جریان حول اجسام جریان بند

مقدمه

بیش ازیكصدسال پیش تا كنون جریان حول اجسام جریان بند ( مانع) با سطح مقطع دایره ای ومربعی، توجه بسیاری ازمحققین را به خودجلب كرده است. موضوع جریان حول این اجسام وپدیده پخش گردابه ناشی ازآن به خاطر وجودكاربردهای عملی درمهندسی ازاهمیت زیادی برخورداراست ؛ ازجمله كاربردهای عملی این نوع جریان ها، می توان به جریان حول دودكش ها ، ساختمانها وسازه های بلند، سازه های دریایی، پلهای معلق، بال هواپیما، پروانه كشتی ودكل ها وبسیاری ازموارددیگراشاره نموداین نوع جریان اغلب شامل پدیده های پیچیده ای ازقبیل جدایش جریان ، ویك، جریان های برشی ، جریان گردابه ای وپخش گردابه هستند. دراعداد رینولدزبسیاركم ، جریان حول این گونه اجسام كاملا" به آنها چسبیده وجدایش رخ نمی دهد باافزایش عددرینولدز، جریان ازسطح آنها جدا شده ویك جفت گردابه متقارن درپشت آنها تشكیل می شودكه با افزایش عددرینولدز،ابعادگردابه ها نیزبزرگترمی شود. با افزایش بیشترعددرینولدزگردابه ها حالت نوسانی پیدا كرده ودرجریان پخش می شوددراین حالت جریان ازحالت دائم به حالت غیردائم تبدیل می شود. درحالیكه این گونه هندسه ها ازلحاظ مكانیك سیالات به طور وسیعی توسط محققین بررسی شده اند مساله انتقال حرارت دراین هندسه ها به آن گستردگی بررسی نشده ونیازمند مطالعات بیشتری است، لذا سعی شده است دراین تحقیقات بیشتربه جنبه انتقال حرارتی این گونه هندسه ها توجه گردد

2-1-رفتار جریان روی موانع

هنگامی كه فشار در پایین دست جریان افزایش می‌یابد، ضخامت لایه مرزی به سرعت زیاد می‌شود. این گرادیان معكوس و نیروی برشی مرزی باعث كاهش اندازه حركت در لایه مرزی خواهد شد و اگر هر دو عامل فوق در طول قابل توجهی از مسیر مؤثر باشند، سبب توقف لایه مرزی می‌شوند كه این پدیده را جدایش می‌نامند. خطوط جریان مرزی در نقطه جدایش از مرز مربوطه جدا می‌شوند و در پایین دست این نقطه گرادیان فشار معكوس باعث برگشت جریان در مجاورت جداره می‌شود. ناحیه پایین دست خطوط جریان كه از مرز جدا می‌شود موسوم به جریان برگشتی است. اثر جدایش، كاستن از مقدار خالص كاری است كه یك جزء سیال می‌تواند بر سیال احاطه كننده خود با صرف نیروی جنبشی انجام دهد و در نهایت بازیافت فشار كامل نبوده و اتلافات (كشش) نیز افزایش می‌یابد.

همان گونه كه می‌دانیم نیروهای كشش و برآ دو مولفه دارند نیروی كشش ناشی از شكل و نیروی كشش ناشی از اصطكاك پوسته‌ای و یا نیروی كشش لزجتی. جدایش وجریان برگشتی كه دو پدیده همراه هستند تأثیر عمیقی بر نیروی كشش ناشی از شكل دارند. اگر بتوان از تولید جدایش در هنگام عبور جریان از روی یك جسم جلوگیری كرده، لایه مرزی نازك باقی خواهند ماند و از كاهش فشار در ناحیه برگشتی جلوگیری خواهد شد و بدین وسیله نیروی كشش فشاری به حداقل مقدار خواهد رسید.]1[

ماهیت‌های لایه‌های مرزی آرام- درهم نیز تأثیر مهمی بر موقعیت نقطه جدایش دارند در لایه مرزی درهم كه انتقال اندازه حركت بزرگ‌تر است برای ایجاد جدایش باید گرادیان فشار معكوس بیشتر از لایه مرزی آرام باشد. به عنوان مثال رفتار جریان بر روی سیلندر استوانه‌ای در اعداد رینولدز بسیار كم جریان بدون آن كه از روی استوانه جدا شود و تشكیل گردابه دهد از روی آن عبور می‌كند. در مقادیر رینولدز پایین جدایش در لایه مرزی آرام اتفاق می‌افتد و یك جفت گردابه به صورت متقارن در پشت مانع تشكیل می‌شود. با افزایش عدد رینولدز رها شدن متناوب گردابه در پشت مانع به وجود می‌آید و خیابان گردابه‌ای ون‌كارمن در پشت استوانه شكل می‌گیرد و سبب افزایش فشار منفی در پشت مانع می‌شود. در عدد رینولدز زیر بحرانی فركانس رهایی گردابه‌ها مستقل از عدد رینولدز است. این فركانس را با یك عدد بدون بعد به نام عدد اشتروهال نشان می‌دهند]2[:

كه در آن f فركانس، d قطر استوانه و V سرعت جریان می‌باشد. با افزایش عدد رینولدز لایه مرزی آشفته می‌شود و جدایش در نقطه‌ای نزدیك‌تر روی استوانه اتفاق می‌افتد.

در این پروژه هندسه‌ای كه مورد بررسی قرار گرفته مانع مربعی واقع در كانال می‌باشد كه در حالتهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.

4-1-تحریك لایه مرزی

در بیشتر كاربردهای مهندسی نیاز به افزایش و یا كاهش انتقال حرارت می‌باشد ولی مشكل اصلی در این موارد محدودیت كاهش یا افزایش سطح است. در چنین مواردی راه‌حل مناسب ایجاد تغییرات در ضریب انتقال حرارت است. ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی به خواص سیال و ویژگی‌های جریان سیال بستگی دارد. در خیلی از موارد نوع سیال قابل تغییر نیست و تنها عاملی كه می‌تواند برای كنترل انتقال حرارت به كار رود ویژگی‌های سیال می‌باشد. همان طور كه می‌دانیم به علت وجود لزجت در كنار سطح جامد لایه مرزی تشكیل می‌شود. این لایه نقش یك لایه مقاوم در برابر انتقال  حرارت را ایفا می‌كند. با تغییراتی جریان درون لایه مرزی می‌توان ضریب انتقال حرارت را تغییر داد.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                             صفحه

فصل اول: دیباچه

1-1- مقدمه......................................................................................................... 2

2-1-رفتار جریان روی موانع............................................................................. 3

4-1-تحریك لایه مرزی....................................................................................... 5

5-1-تاریخچه مطالعات و تحقیقات انجام شده..................................................... 7

7-1-هدف پروژه............................................................................................... 11

فصل دوم: معادلات حاكم بر جریان

1-2-معادلات حاكم در جریان آرام.................................................................. 13

2-2-توصیف فرآیندهای سیال و ساده‌سازی آن‌ها.......................................... 15

3-2-مفهوم جریان آرام.................................................................................... 17

4-2-نیروهای برشی و فشاری......................................................................... 18

5-2- رابطه بین اصطكاك سیال و انتقال حرارت.............................................. 19

6-2-مفهوم انفصال........................................................................................... 19

7-2-طرح QUICK............................................................................................. 21

8-2-انفصال معادلات حاكم.............................................................................. 26

1-8-2-انفصال جمله وابسته به زمان.......................................................... 27

2-8-2- انفصال جملات جابه‌جایی............................................................... 28

3-8-2-انفصال جملات پخش....................................................................... 30

4-8-2-ضرایب جبری معادله انفصال......................................................... 30

9-2-شبكه جابه‌جا شده..................................................................................... 33

10-2-الگوریتم سیمپل....................................................................................... 35

فصل سوم: اجرای برنامه توسط نرم‌افزار Fluent

1-3- مقدمه....................................................................................................... 41

2-3-تولیدهندسه مسئله درنرم افزارGambit))................................................ 41

اجرای برنامهFluent) )..........................................................................................

فصل چهارم: بررسی عملكرد برنامه و نتایج

4- مقدمه............................................................................................................ 57

1-4- بررسی نتایج حاصل از هندسه اول ....................................................... 58

1-1-4- بررسی توزیع عدد ناسلت موضعی در سطوح مختلف مانع مربعی.... 58

2-1-4- بررسی تغییرات عدد ناسلت متوسط با افزایش عدد رنولدز روی سطوح مختلف مانع      63

3-1-4- بررسی متوسط عدد ناسلت روی كل سطح مانع مربعی..................... 64

2-4- بررسی نتایج حاصله از هندسه دوم....................................................... 65

1-2-4- بررسی كانتورهای جریان................................................................... 65

2-2-4- تأثیر فاصله مانع از دیواره كانال بر عدد ناسلت................................ 73

3-2-4- تأثیر افزایش عدد رینولدز بر ناسلت میانگین...................................... 77

4-2-4- تأثیر مانع مربعی بر ضریب اصطكاك................................................ 79

3-4- بررسی نتایج حاصله از هندسه سوم...................................................... 86

1-3-4- بررسی تغییرات عدد ناسلت بر افزایش عدد رینولدز در نسبت‌های  متغیر       87

2-3-4- بررسی تغییرات عدد ناسلت متوسط بر حسب تغییر فاصله بین دو مانع 88

3-3-4- مقایسه ضریب درگ و برا برای موانع مربعی.................................... 89

4-3-4- تأثیر افزایش فاصله موانع بر ضریب درگ......................................... 90

4-4- جمع‌بندی و نتایج...................................................................................... 94

5-4- پیشنهادات و کار های آینده..................................................................... 95

6-4- فهرست مراجع.............................................................................................