پایان نامه بررسی عددی جریان سیال و انتقال حرارت بر روی صفحات مشبک با منافذ ضربدری تحت مکش ناپیوسته

فهرست:

فصل اول: مقدمه

1-1- جریان سیال روی صفحات مشبک.......................................................................................... 2

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته

2-1- کنترل جریان سیال برای آرام نگاه داشتن آن ................................................................... 7

2-2- سرمایش ........................................................................................................................................ 8

2-3- کلکتورهای خورشیدی هواگرمکن مشبّک بدون پوشش (UTC)................................... 9

2-4- حرکت سیال همراه با مکش یکنواخت پیوسته................................................................. 12

2-5- حرکت سیال همراه با مکش یکنواخت ناپیوسته............................................................... 13

2-5-1- تحقیقات گل نشان و همکاران...................................................................................... 13

2-5-2-تحقیقات کائو....................................................................................................................... 17

2-5-3- تحقیقات آرولاناندام و ون دکر....................................................................................... 20

2-6- تحقیقات کوتچر در مورد UTCها( تئوری Heat Loss )................................................. 20

2-6-1-بالانس حرارتی کلی برای UTC..................................................................................... 21

2-6-2- اتلاف حرارتی تشعشع برای کلکتور............................................................................. 22

2-6-3- اتلاف حرارت جابجایی..................................................................................................... 22

2-6-4- جابجایی اجباری و جریان آرام...................................................................................... 22

عنوان                                                                                                                     صفحه

 2-6-4-1- پروفیل سرعت..................................................................................................... 22

2-6-4-2- ضخامت لایه مرزی.............................................................................................. 23

2-6-4-3- پروفیل دما.............................................................................................................. 23

2-6-4-4- اتلاف حرارت جابجایی........................................................................................ 24

2-6-5- جابجایی آزاد و جریان آرام............................................................................................. 24

2-6-5-1- پروفیل سرعت....................................................................................................... 24

2-6-6- جریان متلاطم.................................................................................................................... 26

2-6-7- کارایی تبادل گرما............................................................................................................ 26

2-7- آنالیز حرارتی آگوستوس  در مورد     UTC ..................................................................... 27

2-7-1-  فرضیات............................................................................................................................. 27

 2-7-2- معادله بالانس انرژی....................................................................................................... 28

2-7-2-1- صفحه جاذب......................................................................................................... 29

2-7-2-2- فاصله هوایی.......................................................................................................... 29

2-7-2-3- صفحه پشتی.......................................................................................................... 30

2-7-3- انتقال حرارت تابشی....................................................................................................... 30

 2-7-3-1- صفحه جاذب به محیط.................................................................................... 30

2-7-3-2- صفحه جاذب به صفحه پشتی......................................................................... 30

2-7-3-3- صفحه پشتی به محیط اطراف......................................................................... 30

2-7-4- افت فشار............................................................................................................................ 31

2-7-5- نتایج شبیه سازی آگوستوس....................................................................................... 31

عنوان                                                                                                                     صفحه

فصل سوم: تعریف مسئله

3-1- مقدمه............................................................................................................................................. 33

3-2- تاریخچه دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)................................................................... 34

3-2-1-  انواع شبکه‌ها و روشهای حل CFD.......................................................................... 34

3-2-2- مراحل حل مسئله دینامیک سیالات محاسباتی...................................................... 36

3-3- معرفی نرم‌افزار Gambit........................................................................................................... 37

3-4- معرفی نرم‌افزار Fluent ............................................................................................................ 37

3-5- توانایی‌های نرم‌افزار Fluent...................................................................................................... 37

3-6- تعریف مسئله................................................................................................................................ 38

3-6-1- معادلات حاکمه در جریان موازی روی شیار............................................................ 38

3-6-2- بی بعدکردن معادلات حاکمه در جریان موازی روی شیار................................... 40

3-6-3-  شرایط مرزی در جریان موازی روی صفحه شیاردار............................................. 42

3-6-4-معادلات حاکمه در جریان عمود و مایل روی یک ردیف از شیارها.................... 44

3-6-5- معادلات مربوط به مدلسازی جریان متلاطم در جریان عمود ومایل روی

یک ردیف از شیارها.......................................................................................................................... 45

3-6-6- لایه مرزی Asymptotic  ................................................................................................ 46

3-6-7- پارامترهای مربوط به کارایی UTC در جریان موازی.............................................. 46

3-6-8- دامنه تغییرات متغیرها ................................................................................................. 48

3-6-9- تئوری حل و شبکه انتخاب شده در جریان موازی روی شیار............................. 48

3-6-10-تئوری حل، شبکه انتخاب شده و شرایط مرزی در جریان عمود و مایل

روی یک ردیف از شیارها................................................................................................................ 50

3-6-10-1- شرایط مرزی برای مسئله در حالت کلی .................................................. 51

3-6-10-2  تولید هندسه....................................................................................................... 53

3-6-10-3- تولید شبکه......................................................................................................... 57

عنوان                                                                                                                     صفحه

فصل چهارم: نتایج

4-1- نتایج مربوط به جریان موازی روی یک شیار....................................................................... 65

4-1-1-  تاثیر عدد رینولدز .......................................................................................................... 66

4-1-2- اثر  (سرعت باد/ سرعت مکش) .......................................................................... 68

4-1-3- تاثیر ضریب تخلخل صفحه ................................................................................... 70

4-1-4- تاثیر هدایت حرارتی بی بعد (Admittance )  ......................................................... 70

4-1-5- اثرضخامت بدون بعد........................................................................................... 72

4-1-6-  تاثیر زاویه باد ................................................................................................................... 73

4-1-7 -تاثیر جابجایی آزاد ........................................................................................................... 74

4-2-نتایج جریان عمود روی یک ردیف از شیارها....................................................................... 75

4-2-1-  تاثیر عدد رینولدز .......................................................................................................... 75

4-2-2- تاثیر ضریب تخلخل صفحه............................................................................................. 76

4-2-3- تاثیر هدایت حرارتی بی بعد ........................................................................................ 77

4-2-4- اثرضخامت بدون بعد........................................................................................................ 78

4-2-5- اثر تشعشع........................................................................................................................... 79

4-2-6-تاثیر عرض plenum........................................................................................................... 80

4-2-7- اثر تغییر زاویه باد روی صفحات مشبک با ابعاد محدود ........................................ 81

فصل پنجم: نتایج و پیشنهادات

5-1- نتایج............................................................................................................................................... 84

5-2-پیشنهاد ات.................................................................................................................................... 85

فهرست مراجع............................................................................................................................................ 86

منبع:

1- Lachmann, G. V.  (1961); Boundary Layer and flow control vol.  1&2, Pergamon Press Ltd. , London, England.

2- Schlichting, H.  (1979)" Boundary Layer Theory" Seventh Edition, McGraw- Hill Book, New York.

3- Golneshan, A. A.  (1994) ; Forced convection Heat transfer from low porosity slotted transpired plates , PhD Thesis, university of Waterloo, Waterloo, Ontario, Canada.

4- Pfenninger, W.  (1977) ; “Laminar flow Control- Laminarization, in Special Course in concept for Drag Reduction”, AGARD , Report No.  654.

5- Braslow, A. L.  and Fischer, M. C.  (1985); “Design consideration for Application of Laminar flow Control Systems to Transport Aircraft, in Aircraft Drag Prediction and Reduction” , AGARD , Report No.  723.

6- Saric, W. S.  (1983) ; “Laminar Flow Control with Suction: Theory and Experiment”, AGARD, Report No.  723.

7-Arnal, D. (1983); “ Description and Prediction of Transition in Two-Dimension Incompressible Flow, in Special Course on Stability and Transition of Laminar Flow”, AGARD, Report No.  709.

8- Braslow, A. L. , Maddalon, D. V. , Bartlett, D. W. , Wagner , R. D.  and Collier Jr.  F. S.  (1990); “Applied Aspects of Laminar Flow Technology”, in Bushnell, D. M.  (editor) , Viscous Drag Reduction in Boundary Layers, Vol.  123, Progress in Astronautics and Aeronautics, American Ins.  Of Aeronautics and Astronautics Inc. , Washington, D.  C. , USA.

9- Wilkinson, S. P.  and Ash, R. L.  (1980); “ Hybrid Suction surface for turbulent Boundary Layer flow” , PP.  233-248, in Hough, G. R.  (editor), Viscous flow Drag Reduction, Vol.  72 Progress in Astronautics and Aeronautics, American Ins.  Of Aeronautics and Astronautics , New York, USA.

10- Hartnett, J. P.  and Echert, E.  R.  G.  (1957) ; “Mass transfer cooling in a Laminar Boundary Layer with constant Fluid Properties”, Trans.  ASME, vol. 79, pp.  247-254.

11- Libby , P. A.  and Chen, K.  (1965) ; “Laminar Boundary layer with uniform Injection, Phys.  Fluids”, Vol.  8, pp.  568-574.

12- Moffat, R. J.  and Kays , W. M.  (1984); A Review of Turbulent – Boundary Layer Research at stanford, 1958-1983, Advanced  in Heat Transfer , vol.  16, Academic Press , Orlando, Florida.

13- Kutscher, C. F. , Christensen , C. B.  and Barker, G. M.  (1991); “Unglazed Transpired solar collectors: Heat Loss Theory” , ASME International Solar Energy Conference Reno , USA.

14- Wieneke, K.  (1981); “Solardach Absorber”, Patent No.  29 29 219, Federal Republic of Germany.

15- Hollick, J. C. , and Peter, R. W.  (1990); “ Method and Apparatus for preheating ventilation Air for a building” , Patent No.  9, 934  338, USA.

16- Golneshan, A. A.  (1991) ; “Forced convection Heat Transfer from Transpired-plate having slotted perforations with application of solar air Heaters” , Research  proposal, Department of Mechanical Engineering , University of Waterloo, Waterloo, Ontario , Canada.

17- Cao, S. (1993) : Numerical Investigation on an Unglazed Transpired plate solar collector, MSc Thesis, University of Waterloo, Waterloo, Ontario, Canada.

18- Kutscher, C. F.  (1992); An Investigation of Heat Transfer for Air Flow Through Low Porosity perforated plates, PhD Thesis , Department of Mechanical Engineering , University of Colorado, USA.

19- Kutscher, C. F.  (1994) ; “Heat Exchange Effectiveness and Pressure Drop for Air Flow Through Perforated plates with and without crosswind”, Transactions of the ASME J.  of Heat Transfer , vol. 116, pp. 391-399

[20]- شاه حسینی، ابراهیم.  (1378), ”حل تقریبی معادلات لایه مرزی برای جریان روی صفحات مشبک تحت مکش“، پایان نامه ی کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز.

[21]- گلنشان، علی اکبر.  ,محزون، مجتبی .  و شاه حسینی، ابراهیم.  (1379), ” حل تقریبی معادلات لایه مرزی برای جریان روی صفحات مشبک تحت مکش“، هشتمین کنفرانس سالانه انجمن مهندسان مکانیک ایران، دانشگاه صنعتی شریف.

[22]- باقری نژاد، علیرضا.  (1379) ,” آنالیز سه بعدی جریان سیال همراه با انتقال حرارت روی صفحات مشبک تحت مکش“، پایان نامه ی کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز.

[23]- ستوده، عطا الله.  ( 1381) ,” آنالیز سه بعدی جریان هوا ، همراه با انتقال حرارت از صفحات مشبک شیاردارتحت مکش با زوایای مختلف وزش باد“، پایان نامه ی کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز.

[24]- گلنشان، علی اکبر.  و ستوده، عطا الله.  (1381),” استفاده از کلکتورهای خورشیدی طرح جدید در پیش گرم نمودن هوای مورد نیاز فضاهای بزرگ “، دومین همایش بهینه سازی مصرف سوخت در ساختمان، تهران.

[25]- گلنشان، علی اکبر.  و ستوده، عطا الله.  (1382),  ”تاثیر زاویه ی وزش جریان سیال موازی با صفحه، بر انتقال حرارت از صفحات مشبک شیاردار“، یازدهمین کنفرانس سالانه بین المللی مهندسی مکانیک ، دانشگاه فردوسی مشهد.

[26]- نعمتی، حسین.  ( 1383) ,” تحلیل عددی عملکرد حرارتی صفحات مشبک سوراخدار تحت جریان موازی هوا در جهت های مختلف“، پایان نامه ی کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز.

[27]- محمودی، امیر.  ( 1388) ,” بررسی عددی میدان جریان و انتقال حرارت بر روی صفحات مشبک در جریان غیر موازی تحت مکش ناپیوسته“، پایان نامه ی کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز.

28- Arulanandam, S.  J.  “A Numerical Investigation of Unglazed Transpired Plate Solar Collectors Under Zero-wind Conditions”, A M. S.  Thesis University of Waterloo, Ontario, Canada, 1995.

29- Decer V.  “Experimental Data for Arulanandam”, 1997.

30-Bejan, A. ,Convection Heat Transfer, John wiley & Sons, New York,1984.

31-Arpaci, V .  S.  and Larsen, p .  S. ,Convection Heat Transfer, Prentice-Hall,inc. ,Englewood Cliffs, New Jersey , 1984.

32-Dutton, R.  A. ,”The Effect Of Distributed Suction On The Developmen Of Turbulent Boundary Layers,”Aeronautical Research Council Technical Report,1960, London,England.

33-McCormick, D. C. ,Test, F. L. , and Lessman, R. C. ,”The Effect  Of  Free Stream Turbulence On Heat Transfer From a Rectangular Prism,”Journal Of Heat Transfer, 1984.

34-M.  Augustus Leon, S.  Kumar,:” Mathematical modeling and thermal performance analysis of unglazed transpired solar collectors” Solar Energy 81 (2007) 62–75,2006.

35-Cengel, Y. A. , Turner, R. H. , 2001.  Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences.  McGraw-Hill Higher Education, 2001.

36- Bliss, R. W. , 1961.  Atmospheric radiation near the surface of the ground.  Solar Energy 5 (103).

37- Swinbank, W. C. , 1963.  Long-wave radiation from clear skies.  Quarterly Journal of Royal Meteorological Society 89, 339–348.

38- Martin, M. , Berdahl, P. , 1984.  Characteristics of infrared sky radiation in the United States.  Solar Energy 33 (3–4), 321