مقاله بررسی تاثیر تغییرات لزجت سیال بر میدان جریان و انتقال حرارت اطراف ردیفی از لولههای هم خط در یک مبدل حرارتی word دارای 12 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله بررسی تاثیر تغییرات لزجت سیال بر میدان جریان و انتقال حرارت اطراف ردیفی از لولههای هم خط در یک مبدل حرارتی word   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله بررسی تاثیر تغییرات لزجت سیال بر میدان جریان و انتقال حرارت اطراف ردیفی از لولههای هم خط در یک مبدل حرارتی word ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله بررسی تاثیر تغییرات لزجت سیال بر میدان جریان و انتقال حرارت اطراف ردیفی از لولههای هم خط در یک مبدل حرارتی word :

-1 مقدمه
یکی از تجهیزاتی که در آن از دسته لولهها برای تبادل حرارت استفاده میشود، مبدلهای حرارتی هستند.
مبدلهای حرارتی لولهای بدلیل بازده با، اقتصادی بودن و همچنین پیشرفت فراوان در ساخت تیوب، بیشترین کاربرد را در تمامی شاخههای صنعتی دارا میباشند. در این نوع از مبدلهای حرارتی، یک سیال در درون لوله جریان مییابد و سیال دیگر از میان دسته لوله ها برای تبادل حرارت میگذرد. عمده انتقال حرارت بوسیله هدایت و جابجایی اجباری صورت میگیرد و هنگامیکه سیال درون پوسته عمود بر دسته لولهها حرکت کند، موجب انتقال حرارت بیشتری میشود. اثرات پارامترهای هندسی مانند تعداد لوله ها، فاصله بین لولهها و ; بر میدان جریان و انتقال حرارت توسط محققان زیادی بصورت تجربی و عددی بررسی شده است. درحالت کلی نرخ انتقال حرارت و افت فشار برای جریان روی یک دسته لوله درجریان متقاطع بوسیله رژیم سیال و نوع جریان مشخص میشود، که این هم به نوبه خود به فاصله میان لوله ها و نوع چیدمان آنها وابسته است.
یکی از روشهای بررسی اثر تغییر پارامترها بر عملکرد مبدلها آزمایشات تجربی میباشد. تحقیقات زیادی بر روی نرخ انتقال حرارت و افت فشار در جریان عمودی بر روی لولههایی با سطح صاف صورت گرفته است. یکی از تحقیقات توسط ساموشکا و همکاران [1] روی یک سری لوله متناوب فشره با قطر خارجی بزرگ انجام گرفته است که در آن از بخار آب در حالت مغشوش استفاده شده است. آنها دریافتند که راندمان دسته لولهها از نقطه نظر انرژی با کاهش فاصله بین لولهها افزایش مییابد. زوکاسکاس [2] انتقال حرارت و مقاومت هیدرولیکی را برای یک لوله و انواع چیدمان آنها در جریان گاز یا سیات لزج در اعداد رینولدز با و عدد پرانتل بین 0/7 تا 500 مورد بررسی قرار داده است. انتقال حرارت و افت فشارها برای هر ردیف از دسته لوله مورد مقایسه قرار گرفت و اثرات خصوصیات سیال، جهت شار حرارتی و الگوی جریان (آرام و آشفته) را بر انتقال حرارت مورد مطالعه قرار داد. از دیدگاه راندمان انتقال حرارت برای دامنه وسیعی از اعداد رینولدز، قطر لوله و فاصله عمودی و افقی لوله در یک دسته لوله توسط یولینسکاس و همکاران [3] مورد بررسی قرار گرفته است. آنها با بررسی اثر نسبت سطح انتقال حرارت به سطح مقطع عمودی فضای دسته لولهها، اثر اندازه قطر لولهها را بر بازده انتقال حرارت به ثبت رساندند. در این تحقیق آنها به این نتیجه رسیدند که در دامنه وسیعی از اعداد رینولدز بیشترین بازده برای انرژی در حالتی که لولههایی با قطر کم به صورت حداکثر فشردگی چیده شده باشند، بدست میآید. مولر [4] با استفاده اطعات زوکاسکاس یک رابطه جایگزین برای اعداد رینولدز پائین ارائه داده است.
با اینکه اطعات تجربی بسیار زیادی در این مورد بدست آمده است ولی همچنان نمیتوان نظریه روشنی در مورد فرآیند انتقال حرارت در بین دسته لولهها ارائه داد، چرا که هندسه مساله پیچیده است و پارامترهای بسیار زیادی در این امر دخیل هستند. میزان انتقال حرارت در اطراف سه یا چهار استوانه که با فاصلههای ناچیز در کنار هم چیده شدهاند در یک جریان عمودی هوا توسط آیبا و یامازاکی [5] اندازهگیری شده است. او همچنین توزیع فشار و فرکانس ورتکس را در پشت لولهها بدست آورد. آنها اعم کردند که یک عدد رینولدز بحرانی وجود دارد، که در آن انتقال حرارت و جریان در اطراف همه لولههاشدیداً تغییر میکند و اینکه انتقال حرارت در سطح پشتی استوانه اول و سطح جلویی استوانه دوم در ناحیه رینولدز کوچکتر از رینولدز بحرانی کاهش مییابد. تحقیقات تجربی توسط آیبا و همکاران بر روی لولههایی با چیدمان متناوب و خطی که بسیار نزدیک به هم چیده شدهاند انجام گرفته است.[6] آنها انتقال حرارت در اطراف چهار استوانه که پشت سر هم قرار گرفته بودند را در گامهای مختلف از 1/15 تا 3/4 و در رینولدزهای 104 تا 5× 104 بررسی نموده و عدد رینولدز بحرانی که در آن رفتار انتقال حرارت شدیداً تغییر میکند را برای چیدمان خطی بدست آوردند. نیشیکاوا و ایشیگای [7] برای اولین بار از دیدگاه گردابههای کارمن در میان دسته لولهها و اثرآن بر انتقال حرارت و ضریب اصطکاک به این مساله نگاه کردند. آنها سه الگوی جریان را در میان لولهها در نظر گرفتند و دریافتند که هر کدام از این الگوها مشخصههای ویژهای از مقاومت جریان سیال و انتقال حرارت را در برابر رفتار گردابههای کارمن نشان میدهد. ایگاراشی و سوزوکی [8] مشخصههای جریان در حالت سه استوانهای را با جزئیات در چیدمان خطی و اعداد رینولدز زیر بحرانی مورد مطالعه قرار داده و رفتار یه مرزی و جدایش آنها را از استوانه بررسی کردند.
در این زمینه مطالعات عددی زیادی نیز تاکنون انجام شده است. ایشیهارا و بل [9] ضریب اصطکاک را با روش تابع جریان – ورتیسیتی برای یک ردیف از لولههای مربعی برای هفت حالت گام برای رینولدزهای کمتر از 100 با روش اختف محدود بدست آوردند. دوازده امامی و همکاران [10] نیز جریان آرام را حول استوانه در حالت دو بعدی بررسی کردند و از آلگوریتم سیمپل بهره بردند. رینولدز مورد مطالعه آنها 20 میباشد، آنها کانتورهای فشار را در پشت استوانه به نمایش گذاشتند و ضرایب برا و پسا را با تعداد المان شبکه متفاوت بدست آورده و میزان خطا نسبت به مقادیر تجربی را نیز مشخص کردند. امینفر و محمودپور [11] نیز با استفاده از این روش با بررسی چیدمانهای مثلثی و مربعی با نمایش نمودارهایی از عدد بیبعد ناسلت انتقال حرارت را بررسی و مقایسه کردند.
ویراباترا [12] انتقال حرارت و اثر کنترل گردابه را بررسی کرده و نشان داد که با کنترل ورتکس میتوان میزان انتقال حرارت را افزایش داد. پرابهکر و همکاران [13] انتقال حرارت در اثر غیر دایروی بودن لولهها را بررسی کرده و همچنین گردابههای تشکیل شده را به نمایش در آوردند. لی و همکاران [14] نیز جریان آرام عمود بر یک دسته لوله (پنج عدد لوله) را مطالعه نموده و جریان و انتقال جرم را توسط عدد شرود نمایش دادند. آنها محدوده رینولدز
2 تا200 را انتخاب کرده و با گامهای لوله 2 – 1/85 -1/5 نتایج خود را مقایسه کردند.
با توجه به مطالب فوق، تاکنون تحقیقات زیادی برای اندازهگیری افت فشار و انتقال حرارت روی دسته لولهها انجام شده است، اما کار روی بررسی اثر تغییر لزجت زیاد دیده نمیشود. هدف از تحقیق حاضر مطالعه عددی این موضوع میباشد. با انتخاب روغن بعنوان سیال عامل که لزجت آن به شدت تابع دما است، عوه بر مطالعه سایر پارامترهای اصلی تاثیر گذار بر نرخ انتقال حرارت و جریان روی لولهها، اثر لزجت متغیر نیز مورد بررسی قرار میگیرد و با حالت لزجت ثابت مقایسه میشود. بدین منظور ابتدا معادت حاکم بر جریان سیال در دو حالت لزجت ثابت و لزجت متغیر ارائه و مورد بررسی قرار میگیرد، سپس با کمک نرم افزار گمبیت و فلوئنت هندسه و جریان مدلسازی میشود.

-2 پارامترهای تاثیرگذار بر جریان سیال و انتقال حرارت روی لولهها
قبل از بررسی هر مدلی در مبحث مکانیک سیات و انتقال حرارت باید پارامترهای تاثیرگذار بر آن و معادت حاکم مربوطه تعیین گردد. برای یک دسته لوله که جریان سیال از روی آن میگذرد و توام با تغییرات فشار و انتقال حرارت میباشد، پارامترهایی نظیر گام لولهها، قطر و جنس لولهها، چیدمان آنها و ; تاثیر مستقیم دارند. در این بخش ابتدا پارامترهای مهم معرفی میشود. بازده مبدلهای حرارتی از دیدگاه انرژی بصورت نسبت انتقال حرارت در یک سطح مشخص به مقدار انرژی مصرف شده برای غلبه بر مقاومت هیدرولیکی سیال تعریف میشود. مقاومت هیدرولیکی یکی از مهمترین مشخصات در طراحی یک مبدل حرارتی است و عموما آنرا با میزان افت فشار سیالی که روی لولهها جریان دارد مشخص میکنند.
معمو ضریب اصطکاک f برای بیان افت فشار و عدد کولبرن Jb برای مقایسه انتقال حرارت بکار برده میشود، این ضرایب بصورت زیر تعریف میشوند:[15]

که در آن افت فشار جریان و افت فشار بر واحد هر لوله است . نیز سرعت در کوچکترین سطح مقطع است. h ضریب انتقال حرارت جابجایی، d قطر لوله، k ضریب هدایت حرارتی، لزجت، چگالی، وcp گرمای ویژه است.
-3 مدل ریاضی
1-3 هندسه و شرایط مرزی
چیدمانی از لولهها همراه با نشان دادن گام لولهها در شکل (1) آمده است.

شکل: 1 چیدمان دسته لوله
با جدا کردن یک ردیف از لوله ها میدان حل بصورت شکل (2) خواهد بود.

طول ورودی از شروع مرز تا رسیدن به لوله اول 6/5 D و از لوله آخر تا خروجی برابر 20D میباشد تا از یکدست شدن جریان و عدم تاثیر آن بر انتقال حرارت و جریان در نواحی لولهها اطمینان حاصل گردد. گام لوله ها 2×2 و ارتفاع 2D برای کل میدان در نظر گرفته شده است.
بدلیل بزرگ بودن میدان حل انتخاب شده و زیاد شدن تعداد سلولها که باعث افزایش زمان حل میگردد، با توجه به وجود تقارن لولهها در نیمه بایی و پایین شکل، حل برای شکل 3 انجام میشود. در این حالت ارتفاع میدان حل برابر قطر لولهها میگردد و تعداد سلولهای شبکه نصف میشود.

شکل:3 میدان حل در نرم افزار فلوئنت

سیال ورودی روغن با دماهای 350 و 300 کلوین در حالتهای لزجت ثابت و لزجت متغیر میباشد و سرعت ورودی طوری تنظیم میگردد که جریان آرام در میدان حل رخ دهد. درون لولهها بخار آب در حالت اشباع با فشار 15psi جریان دارد، برای اعمال آن دمای سطح لولهها 373 کلوین فرض میشود. سرعت ورودی در راستای محوری و همچنین فشار ورودی صفر در نظر گرفته میشود.