مقدمه
بیش ازیکصدسال پیش تا کنون جریان حول اجسام جریان بند ( مانع) با سطح مقطع دایره ای ومربعی، توجه بسیاری ازمحققین را به خودجلب کرده است. موضوع جریان حول این اجسام وپدیده پخش گردابه ناشی ازآن به خاطر وجودکاربردهای عملی درمهندسی ازاهمیت زیادی برخورداراست ؛ ازجمله کاربردهای عملی این نوع جریان ها، می توان به جریان حول دودکش ها ، ساختمانها وسازه های بلند، سازه های دریایی، پلهای معلق، بال هواپیما، پروانه کشتی ودکل ها وبسیاری ازموارددیگراشاره نموداین نوع جریان اغلب شامل پدیده های پیچیده ای ازقبیل جدایش جریان ، ویک، جریان های برشی ، جریان گردابه ای وپخش گردابه هستند. دراعداد رینولدزبسیارکم ، جریان حول این گونه اجسام کاملا" به آنها چسبیده وجدایش رخ نمی دهد باافزایش عددرینولدز، جریان ازسطح آنها جدا شده ویک جفت گردابه متقارن درپشت آنها تشکیل می شودکه با افزایش عددرینولدز،ابعادگردابه ها نیزبزرگترمی شود. با افزایش بیشترعددرینولدزگردابه ها حالت نوسانی پیدا کرده ودرجریان پخش می شوددراین حالت جریان ازحالت دائم به حالت غیردائم تبدیل می شود. درحالیکه این گونه هندسه ها ازلحاظ مکانیک 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 که فشار در پایین دست جریان افزایش می‌یابد، ضخامت لایه مرزی به سرعت زیاد می‌شود. این گرادیان معکوس و نیروی برشی مرزی باعث کاهش اندازه حرکت در لایه مرزی خواهد شد و اگر هر دو عامل فوق در طول قابل توجهی از مسیر مؤثر باشند، سبب توقف لایه مرزی می‌شوند که این پدیده را جدایش می‌نامند. خطوط جریان مرزی در نقطه جدایش از مرز مربوطه جدا می‌شوند و در پایین دست این نقطه گرادیان فشار معکوس باعث برگشت جریان در مجاورت جداره می‌شود. ناحیه پایین دست خطوط جریان که از مرز جدا می‌شود موسوم به جریان برگشتی است. اثر جدایش، کاستن از مقدار خالص کاری است که یک جزء سیال می‌تواند بر سیال احاطه کننده خود با صرف نیروی جنبشی انجام دهد و در نهایت بازیافت فشار کامل نبوده و اتلافات (کشش) نیز افزایش می‌یابد.
همان گونه که می‌دانیم نیروهای کشش و برآ دو مولفه دارند نیروی کشش ناشی از شکل و نیروی کشش ناشی از اصطکاک پوسته‌ای و یا نیروی کشش لزجتی. جدایش وجریان برگشتی که دو پدیده همراه هستند تأثیر عمیقی بر نیروی کشش ناشی از شکل دارند. اگر بتوان از تولید جدایش در هنگام عبور جریان از روی یک جسم جلوگیری کرده، لایه مرزی نازک باقی خواهند ماند و از کاهش فشار در ناحیه برگشتی جلوگیری خواهد شد و بدین وسیله نیروی کشش فشاری به حداقل مقدار خواهد رسید.1
ماهیت‌های لایه‌های مرزی آرام- درهم نیز تأثیر مهمی بر موقعیت نقطه جدایش دارند در لایه مرزی درهم که انتقال اندازه حرکت بزرگ‌تر است برای ایجاد جدایش باید گرادیان فشار معکوس بیشتر از لایه مرزی آرام باشد. به عنوان مثال رفتار جریان بر روی سیلندر استوانه‌ای در اعداد رینولدز بسیار کم جریان بدون آن که از روی استوانه جدا شود و تشکیل گردابه دهد از روی آن عبور می‌کند. در مقادیر رینولدز پایین جدایش در لایه مرزی آرام اتفاق می‌افتد و یک جفت گردابه به صورت متقارن در پشت مانع تشکیل می‌شود. با افزایش عدد رینولدز رها شدن متناوب گردابه در پشت مانع به وجود می‌آید و خیابان گردابه‌ای ون‌کارمن در پشت استوانه شکل می‌گیرد و سبب افزایش فشار منفی در پشت مانع می‌شود. در عدد رینولدز زیر بحرانی فرکانس رهایی گردابه‌ها مستقل از عدد رینولدز است. این فرکانس را با یک عدد بدون بعد به نام عدد اشتروهال نشان می‌دهند2:
که در آن f فرکانس، d قطر استوانه و V سرعت جریان می‌باشد. با افزایش عدد رینولدز لایه مرزی آشفته می‌شود و جدایش در نقطه‌ای نزدیک‌تر روی استوانه اتفاق می‌افتد.
در این پروژه هندسه‌ای که مورد بررسی قرار گرفته مانع مربعی واقع در کانال می‌باشد که در حالتهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.
4-1-تحریک لایه مرزی
در بیشتر کاربردهای مهندسی نیاز به افزایش و یا کاهش انتقال حرارت می‌باشد ولی مشکل اصلی در این موارد محدودیت کاهش 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 که می‌تواند برای کنترل انتقال حرارت به کار رود ویژگی‌های سیال می‌باشد. همان طور که می‌دانیم به علت وجود لزجت در کنار سطح جامد لایه مرزی تشکیل می‌شود. این لایه نقش یک لایه مقاوم در برابر انتقال حرارت را ایفا می‌کند. با تغییراتی جریان درون لایه مرزی می‌توان ضریب انتقال حرارت را تغییر داد.
روش‌های متعددی برای ایجاد این تغییرات مورد آزمایش و تحقیق قرار گرفته است و نتایج مختلفی حاصل گردیده است. مجموعه این تحقیقات با نام تحریک لایه مرزی شناخته می‌شود. از جمله پارامترهای مهم دیگری که از تحریک لایه مرزی برای ایجاد تغییرات در آن بهره‌گیری می‌شود، ضریب اصطکاک می‌باشد.
اساس تحریک لایه مرزی بهره‌گیری از پدیده‌های مختلف سیالاتی نظیر نقطه سکون، گردابه جدایش لایه مرزی، ایجاد جت سیال درون لایه مرزی و ... می‌باشد. با استفاده از این پدیده‌ها الگوی جریان درون لایه مرزی به هم خورده و ضخامت لایه مرزی تغییر می‌کند. یک روش عمده برای ایجاد این پدیده‌ها استفاده از موانع خارجی درون لایه مرزی و یا ایجاد برجستگی‌ها و فرورفتگی‌ها بر روی خود سطح می‌باشد. بسته به هندسه مورد استفاده می‌توان یک یا ترکیبی از این پدیده‌های سیالی را به وجود آورد. هر یک از این پدیده‌ها اثر خاصی بر میزان ضریب انتقال حرارت، ضریب درگ مانع و هم‌چنین صفحه‌ای که مانع بر روی آن قرار گرفته است. 1
در زمینه استفاده از موانع برای تحریک لایه مرزی تحقیقات چندی صورت گرفته است. در برخی از تحقیقات سعی شده است با تغییر الگوی جریان در پشت موانع که معمولا با تولید گردابه می‌باشد ضریب انتقال حرارت و یا ضریب درگ مانع و هم‌چنین صفحه‌ای که مانع بر روی آن قرار گرفته تغییر داده شود.
در این پروژه با قرارگیری یک مانع مربعی در فواصل مختلف از دیواره یک کانال، روند تغییرات عدد ناسلت، ضریب درگ، اصطکاک موضعی و سایر پارامترهای مؤثر بررسی می‌گردند. در ادامه تاریخچه‌ای از این مطالعات آورده می‌شود.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: دیباچه
1-1- مقدمه 2
2-1-رفتار جریان روی موانع 3
4-1-تحریک لایه مرزی 5
5-1-تاریخچه مطالعات و تحقیقات انجام شده 7
7-1-هدف پروژه 11
فصل دوم: معادلات حاکم بر جریان
1-2-معادلات حاکم 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 اصطکاک سیال و انتقال حرارت 19
6-2-مفهوم انفصال 19
7-2-طرح QUICK 21
8-2-انفصال معادلات حاکم 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-شبکه 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 عملکرد 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 کل سطح مانع مربعی 64
2-4- بررسی نتایج حاصله از هندسه دوم 65
1-2-4- بررسی کانتورهای جریان 65
2-2-4- تأثیر فاصله مانع از دیواره کانال بر عدد ناسلت 73
3-2-4- تأثیر افزایش عدد رینولدز بر ناسلت میانگین 77
4-2-4- تأثیر مانع مربعی بر ضریب اصطکاک 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
شامل 101 صفحه word
دانلود تحقیق جریان حول اجسام جریان بند
