مجله اینترنتی دیتاسرا
امروز یکشنبه ۲۶ آذر ۱۳۹۶

مقایسه تاثیر چیدمان مختلف تکنولوژی دنده‌های ٧ شکل در افزایش توربولانس جریان و انتقال حرارت در خنک کاری داخلی پره‌های توربین گاز

چکیده



افزایش دمای گاز ورودی به توربین‌های گازی باعث افزایش قدرت و راندمان حرارتی آن‌ها خواهد شد. با توجه به محدودیت دمایی آلیاژهای مورد استفاده، به‌کارگیری روش-هایی جهت کاهش دمای اجزای توربین گاز به‌خصوص پره‌های توربین، امری ضروری خواهد بود. امروزه تکنولوژی دنده‌های V شکل نیز به علت انتقال حرارت مناسب، مورد توجه محققان و پژوهشگران خنک‌کاری داخلی پره‌های توربین گاز واقع شده است. هدف از این مقاله ارائه و مقایسه دو نمونه از چیدمان‌ پیشنهادی جدید دنده‌های V شکل به‌صورت چیدمان تناوبی و چیدمان روی یک خط در حالت جهت‌گیری به سمت پایین‌دست در دو صفحه مخالف در یک کانال مستطیلی و همچنین بررسی و امکان‌سنجی سیالاتی و انتقال حرارتی آن‌ها به‌منظور استفاده در خنک‌کاری داخلی پره توربین گاز می‌باشد. برای اعتبارسنجی از یک نمونه نتایج تجربی موجود استفاده شد


مشخصات

مشخصات

توسط: سید مصطفی حسینعلی پور؛ پریسا افکاری؛ حمیدرضا شهبازیان مجله: مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس سال انتشار: 1396 شمسی تعداد صفحات: 11 درج در دیتاسرا: ۱۳۹۶/۴/۱ منبع: دیتاسرا

خرید محصول

خرید محصول

عنوان: مقایسه تاثیر چیدمان مختلف تکنولوژی دنده‌های ٧ شکل در افزایش توربولانس جریان و انتقال حرارت در خنک کاری داخلی پره‌های توربین گاز حجم: 1.40 مگابایت فرمت فایل: pdf قیمت: 100 تومان رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد.

گروه نرم افزاری دیتاسرا www.datasara.com

نمای مطلب

مقایسه تاثیر چیدمان مختلف تکنولوژی دندههای ٧ شکل در افزایش توربولانس جریان و انتقال حرارت در خنک کاری داخلی پرههای توربین گاز



مقدمه



توربین گاز را برترین موتور  در قرنا بیستم معرفی کرد که مقدار زیادی انرژی براساس اندازه و وزن خود تولید خواهد کرد  افزایش دمای گاز ورودی به توربین که نتیجه توربینهای گازی طراحی شده برای توان خالص و بازدهی گرمایی بالاست  سبب شده تا قسمتهای گرم توربین  پره ها  نازلها و دیسکها  نیاز به خنککاری داشته باشند  روشهای خنککاری دندهای یا اغتشاشگرها از جمله روشهای بسیار موثر در کاهش دمای پره  های توربین میباشند      همانطور که میدانیم در ابتدای کانال و قبل از ناحیه کاملا توسعه یافته  انتقال حرارت مطلوب خواهد بود ولی ضریب انتقال حرارت حاصل ازز برخورن خالص به تدریج در طول یک مسیر با کاملا توبببعه یافتن جریان کاهش مییابد  لذا استفاده از برآمدگیها سبب افزایش اغتشاش جریان و در نتیجه افزایش مقدار ضریب انتقال حرارت در طول یک مسیر خواهد شد  براساس تحقیقات انجام گرفته در این زمینه  خنککاری به روش ا غتشاشگرهای دندهای از بین تکنولوژیهای دیگر  دارای ضریب انتقال حرارت نسبتآ خوبی میباشد  در این روش با استفاده از دندههایی با اشکال مختلف  موجبات آشفته شدن جریان  افزایش سطح تماس جریان و در نتیجه افزایش ضریب انتقال حرارت در پره فراهم خواهد شد      استفاده از این روش خنککاری تحت تاثیر عواملی چون ارتفاع دنده  ضخامت دنده  تعداد دندهها  ه قرارگیری آنها و در نهایت زاویه دنده نسبت به مسیر جریان خواهد بود  تغییر هریک از این پارامترها موجب بهبود عملکرد دندهها و در نتیجه افزایش بیشتر انتقال حرارت خواهد شد      تحقیقاتی را روی تاثیر استفاده از دندههای هو درجه در افزایش انتقال حرارت یک کانال در رینولدزهای انجام داد  در این تحقیق از چند سایز دنده استفاده شد تا مقدار عدد استانتون در آنها با کانال صاف مقایسه شود  نتاچ نشان داد که استفاده از این دندهها افزایش و  درصدی عدد استانتون را نسبت به کانال صاف موجب شده است که این امر نشان دهنده افزایش انتقال حرارت به میزان چشمگیر در کانالهای دندهدار نسبت به کانال صاف می  باشد  هان و همکارانش  یک بررسی تجربی را روی استفاده از دندههای موازی درجه  دندههای متقاطع درجه انجام دادند  در این کار توزیع عدد ناسلت در این کانال نسبت به کانال صاف در رینولدزهای برای تمامی انواع دندهها بدست آمده و با یکدیگر مقایسه شده است  با مقایسه توزیع انتقال حرارت در این دندهها مناسبترین دندهها برای استفاده در خنککاری پرههای توربین گاز  دنده  های با زاویه معرفی شده است  تسلیم و همکارانش     آزمایش تجربی را برای بررسی و مقایسه دندههای ٧ شکل در حالت پاییندست و بالادست با دندههای زاویهدار وال درجه و لاو درجه انجام دادند  در این آزمایش افت فشار و ناسلت میانگین در این نمونهها در رینولدزهای گزارش و با یکدیگر مقایسه شده است آنها نشان داد که دندههای ٧ شکل با جهتگیری پاییندست با نسبت انسداد    توزیع انتقال حرارت در یک کانال با دندهگذاری ٧ شکل را به صورت تناوبی در دو صفحه مخالف در دو حالت جهتگیری پاییندست و بالادست دندهها بدست آوردند  در این بررسی توزیع انتقال حرارت در وسط دندهها و انتهای دندهها در محل برخورد با گوشه کانال در شارهای گرمایی متفاوت بهدست آمد  نتایج آنها نشان  دهنده این مطلب است کهه جهتگیری دندهها در جهت پاییندست نسبت به جهتگیری بالادست  انتقال حرارت بهتری ایجاد خواهد کرد  همچنین توزیع عدد ناسلت در این دو ن دندهگذاری با یکدیگر متفاوت خواهد بود  در حالت جهتگیری دندهها به سمت پاییندست  انتقال حرارت در وسط دندهها یا به عبارتی وسط کانال کمتر از طرفین دندهها خواهد بود  در حالت جهتگیری بالادست عکس این قضیه برقرار بوده و مرکز کانال انتقال حرارت بیشتری نسبت به مکانهای دیگر خواهد داشت  جیا و همکارانش  و  در سال  پژوهشی را در مورد استفاده از دو مدل آشفتگی برای بهدست آوردن انتقال حرارت کانال با دندههای ٧ شکل انجام دادهاند  آنها بعد از مطابقت کار عددی خود با آزمایشهای تجربی گزارش دادند که دنده  های ٧ شکل دارای انتقال حرارت بهتری نسبت به سایر انواع آنها خواهد بود و همچنین نتایج آنها نشان داد که دندههای ٧ شکل در حالت جهتگیری پاییندست بهترین انتقال حرارت را نسبت به حالتهای دیگر دارا خواهد بود که این موضوع نیز تایید دیگری بر نتایج پژوهش گاوو و ساندن     میباشد  مارر و همکارانش     در سال کههص یک بررسی تجربی و عددی روی انتقال حرارت و افت فشار در کانال مستطیلی با دندههای ٧ شکل انجام دادند  در بررسی عددی آنها  شبیهسازی با در نظر گرفتن مدل رینولدز پایین کا اپسیلون  و در نتیجه ارتفاعی بعد اولین فاصله از دیواره٦ کوچکتر از   انجام شد  نتایج آنها افزایش انتقال حرارت با استفاده از دندههای ٧ شکل نسبت به کانال صاف و نیز افزایش بیشتر انتقال حرارت با وجود این دندهها در رینولدزهای پایین را به دنبال داشت  نتایج عددی آنها با استفاده از این مدل تطابقت بسیار خوبی را با نتاچ تجربی نشان داد  موراتا و همکارانش  یک کار عددی را برای بررسی و مقایسه بین استفاده از دندهها  فرورفتگیها و برآمدگیها در یک کانال مستطیلی و تاثیر آنها بر افزایش انتقال حرارت انجام دادند  نتایج آنها نشان داد که در حالت وجود فرورفتگیها و برآمدگیها  با اضافه کردن دنده به آنها انتقال حرارت به میزان قابل توجهی افزایش خواهد داشت که البته  این دندهها نیز تاثیرگذار میباشد  چوی و همکارانش  مقایسهای بین توزیع ضریب انتقال حرارت در دو ی خنککاری با استفاده از دندههای زاویهدار و فرورفتگیها را انجام دادند  در این پژوهش در دو نمونه کانال با سطح مقطعهای متفاوت یک بار دندهگذاری با زاویه درجه و بار دیگر از فرورفتگیهایی با قطر   میلیمتر استفاده شده است  تستها در اعداد رینولدز انجام شده است  نتایج نشان داد در رینولدزهای مورد محاسبه  انتقال حرارت در حالت استفاده از دندههای زاویهدار در هر دو نمونه آن بیشتر از استفاده از فرورفتگیها در سطح میباشد  پیتاک و همکارانش  و  در سال    در یک کار عددی توزیع انتقال حرارت و افت فشار در یک کانال با سطح مقطع مربعی را در حالت استفادهه از دندههای ٧ شکل برای بررسی نسبت جدایی دندهها در گوشهها و مقایسه آنها با یکدیگر انجام دادند  در این پژوهش از مدل آشفتگی کااپسیلون و رفتار دیواره بهبودیافته٧ برای شبیهسازی استفاده شده است  نتایج آنها نشان داد که بهترین و بهینهترین توزیع انتقال حرارت در حالت کامل بودن دندهها رخ خواهد داد  تمایز این تحقیق با پژوهشهای قبلی در پیشنهاد و بهکارگیری دو هندسه تناوبی و روی یک خط در دو صفحه روبرو در یک کانال مستطیلی با دندهگذاری ٧ شکل و جهتگیری پاییندست خواهد بود تا با مقایسه و



تحلیل انتقال حرارت این دو ک دندهگذاری که دارای انتقال حرارت بالاتری نسبت به نمونههای مشابه هستند  نمونه مناسب انتخاب شود  در این پژوهش  اعداد رینولدز مورد مطالعه اعداد بوده و میزان ناسلت موضعی و کلی در یک کانال صاف و سپس دندهدار با دندههای ٧ شکل با زاویه درجه در دو حالت روی یک خط و تناوبی در دو صفحه مخالف  مدلسازی و شبیهسازی شده است  میزان دمایی دیواره در اثر خنککاری با تکنولوژیهای پشنهادی  مقدار عددی ناسلت موضعی و کلی  میزان جریمه افت فشار براثر این تکنولوژیها و درنهایت عملکرد حرارتی آنها در حالتهای مختلف  مورد مقایسهه قرار گرفته است     معادلات حاکم بر شبیهسازی برای حل عددی هندسه این تحقیق از معادلات رینولدز میانگینگیری شده ناویر استوکس برای پیشبینی جریانهای آشفته استفاده میشود  با توجه به ویژگیهای مدل موردنظر میتوان این معادلات را برای نمونه موردنظر استفاده کرد  در این پروژه جریان متوسط  پایدار و سهبعدی فرض شده است  نیروهای حجمی ناچیز و خواص سیال نیز ثابت درر نظر گرفته خواهد شد      فرضیه بوزینسک برای مرتبط ساختن تنش رینولدز به گرادیانهای سرعت متوسط و ویسکوزیته گردابهای استفاده میشود  مدل در دسته مدلهای دومعادلهای قرار دارد که در آنها معادلات انتقال برای دو کمیت آشفتگی حل میشوند  مکانیزم این مدل براساس تغییر دادن انرژی جنبشی آشفتگی میباشد  با توجه به این دو مقدار میتوان کمیتهای مقیاس طولی مقادیر دیگر را بهدست آورد  این مدل به طور کلی شامل       یک معادلهی انتقال برای



برای بررسی انتقال حرارت و جریان خنککاری دندهای در پرههای توربین گاز معمولا از مدلهای رینولدز پایین استفاده خواهد شد  زیرا پیچیدگیهای نزدیک دیواره که در آنها تبادلات حرارتی رخ خواهد داد دقیق و با جزئیات بیشتر حل خواهد شد  در مدل رینولدز پایین کا اپسیلون قانون لگاریتمی معتبر نیست و تمام لایه مرزی از جمله زیر لایه لزج را برخلاف مدل رینولدز بالا شامل خواهد بود  اصلاح مدل کا اپسیلون برای تطابق با جریانهای رینولدز پایین در پژوهش پاتل و شده است  برای اتصال با زیر لایه لزج در حالت رینولدز بالا از توابع دیواره استفاده میشود ولی در حالت رینولدز پایین از توابع نوسانی    سایر ترمها          استفاده خواهد شد  معادلات حاکم برای این مدل در حالت جریان تراکم ناپذیر در زیر ارائه شده



   شبیهسازی عددی بهمنظور فهم فیزیکی جریان و انتقال حرارت در تحلیل خنککاری دندهای  شبیهسازی عددی در حالت سهبعدی و تحت شرایط پایدار برای دو هندسه مشخص شده در   شکل     انجام شده است  در این شبیهسازی یک کانال مستطیل شکل با قطر هیدرولیکی در نظر گرفته شده است و چیدمان دندههای ٧شکل بهصورت گوشهدار بودن در جهتگیری پاییندست و با زاویه   درجه در دوو حالت روی یک خط بودن و تناوبی بودن  در دو دیواره مخالف شبیهسازی شدهاند  در شکل شماتیکی از هندسهی مورد نظر نشان داده شده است  شرایط مرزی در شبیهسازی صورت گرفته بهصورت سرعت ورودی ثابت در ورودی و در خروجی شرایط فشار ثابت در نظر گرفته شده است  برای دیوارههای دندهگذاری شده شرایط شار گرمایی ثابت و برای سایر دیوارهها شرایط عایق در نظر گرفته شده است  از آنجا که رینولدزهای مورد محاسبه بین میباشد  لذا سرعت در ورودی متناسب با آن در نظر گرفته شده است و همچنین شار گرمایی نیز مطابق با مقالهی تجربی که جهت اعتبارسنجی استفاده شده است انتخاب گردیده است  در پژوهش تجربی چانگ و همکارانش  گزارش شد که برای توسعهیافتگی جریان  قبل از ناحیه دندهدار  به یک کانال صاف به طولی برابر با ناحیه دندهدار نیاز است  در نمونهه مورد نظر نیز از یک کانال ورودی صاف با طول جهت توسعه یافته شدن جریان و در ادامه آن از یک کانال با طول دندههای  درجه در جهتگیری پاییندست جریان در دو حالت در یک خط و تناوبی در دو صفحه مخالف استفاده شده است  پارامترهای هندسی مورد نظر برای این شبیهسازی نیز در جدول   ارائه شده است  در این نمونب و زاویب دندهها   ارتفاع دندهها  م فاصل بین دندهها   قطر هیدرولیکی مقطع  عرض کانال ارتفاع کانال مربعی مورد بررسی میباشد  پارامترهای اصلی هندسه در   شکل     قابل مشاهده است  در این تحقیق از نرمافزار گمبیت ١ برای مدلسازی و شبکهبندی و از نرمافزار انسیس فلوئنت٢ جهت تحلیل سیالاتی استفاده شده است  باتوجه به مدلسازی و پیشنهاد مرجع      محاسبات با استفاده از مدل آشفتگی آر ان جی  گرفته است  از این مدل آشفتگی در حالت رینولدز پایینن استفاده شده است  



با توجه به بررسی مدلهای آشفتگی در مراجع    استفاده از این مدل آشفتگی برای این شرایط بهترین گزینه خواهد بود  برای تمامی محاسبات ارتفاع بیبعد اولین فاصله از دیواره با توجه به مدل انتخابی  بدست آمده است      براساس مطالعات  جریان سیال تراکمناپذیر٤ در نظر گرفته شده  و   و برای کاهش خطاهای عددی  از روش گسستهسازی حجمی مرتبه دوم  استفاده شده است  الگوریتم سیمپل٦ نیز برای کوپل فشارببرعت در محاسبات انتخاب شده است  در این شبیهسازی برای بدست آوردن عدد ناسلت میانگین برای کانال و به حداقل رساندن خطا بین نتایج تجربی و حل عددی  شرایط مرزی بین هرر دنده و سیال بالای آن بهصورت جداگانه تعریف شده است  این تقسیمبندی با الگوبرداری از نمونه تجربی  انجام گرفته است  در آزمایش تجربی برای اندازهگیری دمای دیواره کانال از تکنیک صفحات لیکوئید کریستال٧ و دوربین سی سی دی٨ برای تصویر برداری استفاده شده است و سپس با میانگینگیری دمایی  ضریب انتقال حرارت محلی و ضریب انتقال حرارت کلی محاسبه گردیده است  لذا در اینن پژوهش نیز برای محاسبه ضریب انتقال حرارت محلی و کلی  از میانگینگیری وزنی  برای دمای دیواره ا و میانگین وزنی استفاده شده است  سپس برای هر ناحیه ضریب انتقال حرارت و عدد ناسلتت  بدست خواهد آمد و در نهایت عدد ناسلت میانگین براساس فرمول  محاسبه خواهد شد  



معیار همگرایی برای ممنتوم و سایر معادلات در رینولدزهای برای انرژی مقدار  برای رینولدزهای شبکهبندی از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر تحلیل هندسههای سهبعدی تولید شبکه و یا شبکهبندی میباشد  از نکات مهم در ایجاد یک شبکهی ایدهآل  ریز کردن آن در مکانهایی با گرادیان شدید است  در تحلیلهای عددی توربوماشین  ابعاد شبکه بسیار حائز اهمیت بوده و در همگرایی جوابها موش میباشد  ابعاد شبکه در نزدیکی دیواره به مدل آشفتگی انتخابی برای حل عددی وابسته میباشد  در مدل رینولدز پایین به دلیل صدق نکردن قانون لگاریتمی و اینکه در حالت رینولدز پایین کل محدوده حل از جمله زیر لایه لزج  به دلیل ضخامت زیاد در این حالت  حل خواهد شد  محدوده ارتفاع بیبعد اولین فاصله در نزدیکی دیواره باید کوچکتر از ١ در نظر گرفته شود  بنابراین تعداد سلولها در حالت رینولدز پایین بهدلیل متراکم و ریز کردن المانها در نزدیکی دیواره بسیار بیشتر خواهد بود  شبکهبندی قسمتی از کانال در   شکل     قابل مشاهده است  تعداد سلول برای نمونههای شبیهسازی شده بین پندست آمده است       استقلال از شبکه با ریز کردن شبکههای حل  خطای روش عددی کاهش یافته ولی زمان محاسبات به شدت افزایش خواهد یافت  جهت برطرف نمودن عدم وابستگی نتایج به شبکه و رسیدن به یکک دقت مناسب  از چندین سایز شبکه برای محاسبه عملکرد حرارتی در کانالهای دندهدار تناوبی و روی یک خط استفاده شده است  شکل و نمودار عملکرد حرارتی محاسبه شده پس از همگرایی کامل در هرر مدلسازی  برحسب تعداد سلولها انتخاب شده در آن مدلسازی  در هر دو مدل هندسه تناوبی و روی یک خط را نشان میدهد  همانطور که از شکل و قابل مشاهده است  از تعداد معینی سلول به بعد  باا ریز کردن شبکه محاسباتی مقدار ناسلت در کانال صاف تغییر محسوسی نخواهد داشت که نشاندهنده بهینه بودن شبکه محاسباتی در آن محدوده تعداد شبکه خواهد بود  همچنین از آنجا که ارتفاع بیبعد اولین فاصله از دیواره  با توجه به مدل آشفتگی انتخابی رینولدز پایین برای انتقال حرارت  نیز از عوامل تعیینکننده تعداد مشها میباشد     این موض مورد بررسی قرار گرفته و در جدول   ارائه گردیدهه است  در نهایت با توجه به مطالب ذکر شده تعداد سلولهای مناسب انتخاب شده است     بررس  بعد از شبیهسازی و مطالعات استقلال از شبکه  نتایج با دادههای تجربی پژوهش     اعتبارسنجی شده است  مطابقت نسبتآ خوب  کمتر از  درصد اختلاف  بدست آمده بین نتاچ عددی این تحقیق و دادههای آزمایشگاهی از مناسب بودن و اطمینان از شبکهبندی  مدل آشفتگی و تنظیمات آن شرایط مرزی حکایتت خواهد داشت  سپس  توزیع دما  عدد ناسلت در کانال



صاف  ناسلت میانگین در کانالهای دندهدار  توزیع فشار  ضریب عملکرد حرارتی در گزارش شده است       توزیع دما   شکل به ترتیب نمودار توزیع دما دیواره  روی خط مرکزی  در طول کانال در دندهگذاری تناوبی و روی یک خط را در رینولدزهای مختلف نشان میدهد  با توجه به نمودارها  مشاهده میشود که دما دیواره کانال در طول کانال به دلیل وجود دندهها ٧ شکل حالت نوسانی داشته ولی روند کلی آن یک روند افزایش خواهد بود  این موضوع به علت افزایش دمای سیال خنککننده به سمت پاییندست جریان و کاهش انتقال حرارت داخلی در طول کانال میباشد  این نوسانهای دمایی با حرکت به سمت پاییندست جریان در هر دو نمونه به شدت کاهش مییابد  



از طرف دیگر  با افزایش رینولدز نیز انتقال حرارت افزایش یافته و نمودار دمایی در رینولدزهای بالاتر نسبت به رینولدزهای پایینتر در محدوده دمایی کمتری قرار خواهند داشت  همچنین با مقایسهی     مشاهده میشود که در حالت استفاده از دندههای تناوبی  توزیع دما در رینولدزهای مختلف در محدوده دمایی پایینتری نسبت به حالت استفاده از دندههای روی یک خط قرار دارد و این موضوع میتواند به دلیل افزایش انتقال حرارت در دندهگذاری تناوبی توجیه شود    شکل نیز کانتور دمایی در طول دیواره کانال در رینولدز ههه  را برای دو نمونه دندهگذاری تناوبی و روی یک خط نشان میدهد  همانطور که مشاهده شود با عبور از دندهها  دما بهتدرچ افزایش خواهد داشت  همچنین با توجه به کانتورها توزیع دما در   شکل مشاهده میگردد که در حالت تناوبی و روی یک خط بودن دندهها  کانتورها  از نظر کیفی  یک شکل بوده و تنها در مقدار دمایی در هر قسمت با یکدیگر تفاوت خواهند داشت  همچنین با توجه کانتورهای دمایی در   شکل کاملا واضح است که دما در مرکز کانال و وسط دندهها بیشتر از گوشههای کنار دندههاست زیرا انتقال حرارت در گوشههای کناری دندهها بیشتر از وسط میباشد  این موض با توزیع عددی ناسلت گزارش شده توسط گاوو و ساندن  اط  همخوانی دارد  البته این واقعیت کهه انتقال حرارت در عرض کانال  در گوثبههای کناری دندهها بیشتر از وسط دندهها میباشد  فقط برای جهتگیری دندههای ٧ شکل به سمت پاییندست صحت داشته و برای دندهها با جهتگیری به سمت بالادست عکس این قضیه برقرار خواهد بود  علت این امر را میتوان به جهت تشکیل جریانهای ثانویهای و گردابههای جدیدی که به واسطه شکل هندسی دندههای ٧ شکل تشکیل میشد مرتبط ساخت    شکل و   نمونهای از گردابهها و جریانهای ثانویهای که در مقطع عرضی کانال تشکیل شده و افزایش انتقال حرارت را منجر خواهند شد را نشان میدهند  تعداد و قدرت این جریانهای ثانویه عرضی در حالت چیدمان تناوبی و روی یک خط متفاوت بوده و به نظر میرسد عامل اصلی اختلاف در



     انتقال حرارت در کانال صاف   شکل نمودارهای عدد ناسلت در کانال صاف را برای نتایج تجربی و کار عددی حاضر برحسب عدد رینولدز نشان میدهد  با توجه به   شکل مقایسه با نتایج تجربی مشاهده میکنیم که روند افزایش انتقال حرارت در یک کانال صاف با افزایش عدد رینولدز همراه خواهد بود  زیرا این افزایش رینولدز که ناشی از افزایش سرعت است باعث آشفتگی بیشتر جریان و در نتیجه افزایش ضریب انتقال حرارت بین دیوارهها و سیال داخل کانال خواهد شد  لازم به توضیح است که دمای دیوارهها از روش میانگینگیری وزنی سطحی از میانگینگیری وزنی جرمی نتاچ عددی نرمافزار بهدست آمده است  میزان اختلاف با دادههای تجربی در حدود  درصد بهدست آمده است که میتواند به دلیل انتخاب نوع مدل آشفتگی  اختلاف شرایط مرزی با شرایط واقعی آزمایشگاهی وو     توجیه شود    و  انتقال حرارت در کانال دندهدار   شکل       نمودارهای عدد ناسلت میانگین برحسب عدد رینولدز را برای دو هندسه دندهدار کار حاضر را نشان میدهد  همانطور که در   شکل       قابل مشاهده میباشد با نصب دندههای ٧ شکل نیز همانند حالت کانال میزان انتقال حرارت با افزایش عدد رینولدز افزایش خواهد یافت  ولی مقدار عدد ناسلت به دلیل نصب دندهها افزایش قابل توجهی داشته و یکی از دلایل اصلی این امر را میتوان تشکیل جریانهای ثانویه توسط دندههای ٧ شکل توجیه نمود که در   شکل و   نمایی از الگوی جریان ثانویه تشکیل شده توسط دندههای ٧ شکل قابل مشاهده است  این گردابههای عرضی و جریان های ثانویه تشکیل شده توسط هندسه دندهها باعث انتقال و جابجایی بهتر توده سیال گرم کنار دیواره به وسط کانال و انتقال سیال خنککننده وسط کانال به نزدیک دیواره شده و انتقال حرارت جابجایی داخلی را به شدت زیاد میکند  در   شکل نسبت عدد ناسلت در کانال دندهدار به عدد ناسلت در کانال صاف یا به عبارتی نسبت افزایش انتقال حرارت در دو نمونهی دندهگذاری شده را برحسب عدد رینولدز نشان داده شده است  همانطور که مشاهده میشود نسبت افزایش انتقال حرارت در کانال دندهای به کانال صاف در حالت تناوبی بودن دندهها بر روی دو صفحه مخالف بیشتر از ححالت روی یک خط بودن آنها است  این موض با توجه به گردابه  های عرضی و جریانهای ثانویه تشکیل شده بیشتر توسط این ن هندسه که باعث انتقال و جابجایی بیشتر توده سیال گرم و سیال خنککننده وبببط کانال میشود  موجب افزایش انتقال حرارت جابجایی داخلی میبثبود  این اختلاف در محدوده رینولدزهای پایین بیشتر خواهد بود چون در این حالت فرصت تشکعل و قدرت جریانهای ثانویه عرضی که باعث آبثوبناک کردن بیشتر جریان میشود  بیشتر میباشد  همچنین با افزایش عدد رینولدز در هر دو نمونه  نسبت افزایش انتقال حرارت  بهعلت کاهش اش آشوبناکی به واسطه هندسه  کاهش خواهد یافت این موض با نتایج تجربی     نیز همخوانی خواهد داشت       توزیع فشار   شکلهای    توزیع فشار در طول کانال در رینولدزهای مختلف را به ترتیب برای دندهگذاری تناوبی و روی یک خط نشان میدهد  با توجه به شکل مشاهده میشود که با عبور از طول کانال و دندهها  فشار سیال کاهش خواهد یافت  این کاهش فشار به دلیل وجود دندهها و ایجاد اغتشاشات متناوب و توربولانس بیشتر در دندههای تناوبی خواهد بود  همچنین با افزایش رینولدز  افت فشار بالاتری مشاهده خواهد شد  از آنجا که بثبرط مرزی خروجی کانال مسرد مطالعه  بثبوط فشار گیج ثابت اعمال شدهه  است لذا در رینولدزهای بالاتر  فشار در طول کانال از مقدار بیشتری شروع شده ولی در مقابل شیب نمودار در رینولدزهای بالاتر افزایش بیشتری خواهد داشت که نشان دهنده افزایش افت فشار خواهد بود  



همچنین روند تغییرات فشار در دو نمونه دندهگذاری یکسان بوده اما با مقایسه هر دو نمودار   شکلهای      مشاهده میشود که محدوده افت فشار در نمودار   شکل      بیشتر بوده که نشان دهنده جریمه افت فشار بالاتر در حالت استفاده از دندهگذاری تناوبی است    شکل و    کانتور توزیع فشار در طول کانال در رینولدز را برای دو نمونه دندهگذاری تناوبی و روی یک خط نشان میدهد  مقایسه کانتورهای در   شکل و    نیز افت فشار بیشتر در حالت استفاده از دندههای تناوبی را نسبت به مدل دندههای روی یک خط بهصورت کیفی نشان خواهد داد    و  ضریب اصطکاک در کانال   شکل      نسبت ضریبب اصطکاک در کانال دندهدار به ضریب اصطکاک کانال صاف را برحسب عدد رینولدز نمایش میدهد  با توجه به   شکل مشاهده خواهد شد که با افزایش عدد رینولدز  نسبت ضریب اصطکاک کانال دندهدار به کانال صاف نیز افزایش خواهد یافت  ولی از مقایسه دندههای روی یک خط و تناوبی دریافت خواهد شد که مقدار افت فشار در دندهگذاری تناوبی بیشتر از حالت روی یک خط بودن آنها است  البته اینن میزان اختلاف بسیار ناچیز بوده و با افزایش عدد رینولدز تا   بیشتر خواهد شد   عملکرد حرارتی در کانال دندهدار با توجه به فرمول      و نتایج عددی بهدست آمده  عملکرد حرارتی برای دو هندسه مختلفف مورد نظر در   شکل نمایش داده شده است  با توجه به   شکل   ملاحظه خواهد شد که بهطور کلی با افزایش عدد رینولدز عملکرد حرارتی برای دو مدل کاهش خواهد یافت  در محدوده رینولدز عملکردد حرارتی دندههای تناوبی بیشتر و اختلاف زیادی با دندههای رو یک خط خواهد داشت  از رینولدز به بعد کم کم این اختلاف کمتر خواهد شد ولی همچنان عملکرد دندههای تناوبی بیشترخواهد بود  اختلاف زیاد در رینولدزهای بین را میتوان بهدلیل توانایی این هندسه در آشفتهتر کردن جریان در این محدوده پیشبینی کرد  در این حالت سرعت جریان نسبتآ پایین بوده و سهم شکل هندسی در آشوبناک کردن و انتقال حرارت بیشتر خواهد بود ولی در رینولدزهای بالاتر از  چون سرعت جریان عامل اصلی آشفتگی میباشد لذا سهم اختلاف بین دو مدل هندسی مدلسازی شده کمتر خواهد شد  و  نتیجه ی در اینن پژوهش انتقال حرارت در کانال مستطیلی با دندههای ٧ شکل با زاویه درجه در دو مدل دندههای روی یک خط و تناوبی در دو صفحه مخالف صورت سهبعدی شبیهسازی شده و سپس تاثیر این ی دندهگذاری بر انتقال حرارت  ضریب اصطکاک و عملکرد حرارتی آنها با یکدیگر مقایسه شده است  از  مهم این تحقیق میتوان به موارد زیر اشاره نمود: اگرچه با تغییر نوع دندهگذاری برای این مدل دنده  میزانن انتقال حرارت افزایش خواهد یافت ولی تنها این نتیجهگیری مدنظر پژوهش نمیباشد و یافتن ی رفتار جریان در محدودهها رینولدز متفاوت درون کانال و اثرگذاری آنها بر پارارمترهای مهم در انتقال حرارت  از دیگر اهداف مورد بحث میباشد  توزیع دما برای هر دو نمونه  با توجه به جهتگیری دندهها به سمت پاییندست بهصورت کیفی یکسان است ولی برای این ی جهتگیری دندههای ٧ شکل  هموارهه محدوده وسط دندهها  دمای بیشتری داشته و در طرفین دندهها به دلیل انتقال حرارت بیشتر  دما کمتر خواهد بود  این امر به دلیل تشکیل جریانهای ثانویه عرضی بوده که باعث افزایش جابجایی توده سیال گر  کنار دیواره بت وسط کانالا و سیال خنککننده وسط کانال بت نزدیک دیواره شده و افزایش انتقال حرارت جابجایی را منجر خواهد شد  با دندهگذاری درجه در یک کانال مستطیلی  در رینولدزهای ههه  تا ههه  در حالت تناوبی بودن دندهها روی دو صفحه مقابل  انتقال حرارت نسبت به حالت روی یک خط بودن آنها افزایش خواهد یافت  علاوه بر این  انتقال حرارت میانگین در هر دو نمونه با افزایشش عدد رینولدز و آشوبناک شدن بیشتر جریان  افزایش چشمگیری خواهد داشت  تعداد و قدرت جریانهای ثانویه عرضی تشکیل شده به واسطه هندسه متفاوت عامل تعیین کننده در این موض خواهند بود  فشار در طول کانال در هر دو نمونه به تدرچ کاهش خواهد یافت و با افزایش عدد رینولدز نیز افت فشار بیشتری قابل مشاهده خواهد بود  این افت فشار در نمونه دندههای تناوبی بیشتر از دندههای روی یک خط خواهد بود  این هم بهدلیل ایجاد اغتشاشات متناوب و توربولانس بیشتر در دندههای تناوبی خواهد بود  نسبت ضریب اصطکاک کانال دندهدار به کانال صاف برای هر دو نمونه با افزایش عدد رینولدز افزایش خواهد یافت  برای حالت دنده گذاری روی یک خط  ضریب اصطکاک مقدار کمتری نسبت به حالت دنده  گذاری تناوبی خواهد داشت  میزان اختلاف در ضریب اصطکاک بین این دو مدل با افزایش عددد رینولدز افزایش خواهد داشت  با توجه به مقایسه عملکرد حرارتی این دو نمونه در محدوده رینولدزهای مشاهده خواهد شد که این مقدار به محدوده رینولدز وابسته بوده و به طور کلی با افزایش عدد رینولدزز عملکرد حرارتی برای دو نمونه کاهش خواهد یافت ولی در هر صورت عملکرد حرارتی دندهگذاری تناوبی بیشتر خواهد بود  در رینولدزهای پایین  اختلاف عملکرد حرارتی دندهگذاری تناوبی در مقایسه با دندههای روی یک خط بیشتر بوده که این اختلاف با افزایش رینولدز کاهش مییابد  این تغییرات عملکرد حرارتی با توجه به محدوده رینولدز نشاندهنده حساسیت این امر به مقدار عدد رینولدز و نیز هندسه کانال جریان خواهد بود  


مطالب پیشنهادی
متأسفانه موردی یافت نشد.
ناحیه کاربری

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد. ایمیل خود را وارد نمایید.

رمز عبور خود را وارد نمایید.

گزیده ها
گزیده های پر بیننده ترین اخبار روز و هفته
گزیده های وبگردی و اخبار جذاب
گزیده های وبگردی و اخبار جذاب
گزیده های پر بیننده ترین اخبار روز و هفته
مجله اینترنتی دیتاسرا
کلیه حقوق مادی و معنوی این وبسایت متعلق به گروه نرم افزاری دیتاسرا می باشد.
Copyright © 2015