بررسی عددی الگوی جریان و میزان تغییر نرخ انتقال حرارت در لوله ها با موانع هرمی روبه جلو و روبه عقب

بهبود نرخ انتقال حرارت در لوله ها یکی از موضوعات کلاسیک مورد توجه محققین بوده است. در مطالعه حاضر با در نظر گرفتن موانع هرمی شکل روبه جلو و روبه عقب در مرکز لوله ها، به بررسی میزان کارآمدی این راهکار پرداخته شده است. بدین منظور با استفاده از روش های دینامیک سیالات محاسباتی بر پایه روش حجم محدود، هندسه های مورد نظر به صورت ۳بعدی شبکه بندی شده است. بر این اساس با گسسته سازی معادلات حاکم بر مسئله (بقای جرم، مومنتوم و انرژی) با استفاده از روش های بادسو و تفاضل مرکزی، مجهولات مسئله (سرعت، دما و فشار) در بر روی شبکه ایجاد شده، مشخص و الگوی جریان سیال تعیین شده است. در ابتدای کار، نتایج عددی برای حالت پایه (لوله ساده بدون مانع) با حل های تحلیلی مقایسه شده که اختلاف اندک نتایج، صحت روش عددی را تایید کرده است. نتایج نشان داده است که اضافه کردن موانع هرمی مقادیر ضریب افت فشار در حالتهای روبه جلو و روبه عقب را به ترتیب به ۱۶۳/۰ و ۳۳۵/۰ افزایش داده است. این در حالی است که ضریب افت فشار حالت پایه برابر با ۰۹۳/۰ بوده است. از سوی دیگر، با توجه به اینکه نرخ انتقال حرارت نیز در هر دو حالت روبه جلو و روبه عقب نسبت به حالت پایه به ترتیب ۳۱/۱ و ۷۰/۲ برابر شده است، افزایش افت فشار با افزایش نرخ انتقال حرارت جبران شده است. در مجموع، در حالت روبه عقب و روبه جلو پارامتر بازده حرارتی به مقادیر ۷۶/۱ و ۰۹/۱ افزایش داشته که کارایی بهتر هندسه پیشنهاد شده نسبت به حالت پایه را نشان می دهد.

Keywords:

بازده حرارتی , دینامیک سیالات محاسباتی , عدد ناسلت , جریان آشفته , ضریب افت فشار