جریان حول اجسام جریان بند

دسته: مکانیک
بازدید: 180 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 1704 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 113

بیش ازیكصدسال پیش تا كنون جریان حول اجسام جریان بند ( مانع) با سطح مقطع دایره ای ومربعی، توجه بسیاری ازمحققین را به خودجلب كرده است موضوع جریان حول این اجسام وپدیده پخش گردابه ناشی ازآن به خاطر وجودكاربردهای عملی درمهندسی ازاهمیت زیادی برخورداراست ؛ ازجمله كاربردهای عملی این نوع جریان ها، می توان به جریان حول دودكش ها ، ساختمانها وسازه های بلند، س

قیمت فایل فقط 6,900 تومان

جریان حول اجسام جریان بند

-1- مقدمه

بیش ازیكصدسال پیش تا كنون جریان حول اجسام جریان بند ( مانع) با سطح مقطع دایره ای ومربعی، توجه بسیاری ازمحققین را به خودجلب كرده است. موضوع جریان حول این اجسام وپدیده پخش گردابه ناشی ازآن به خاطر وجودكاربردهای عملی درمهندسی ازاهمیت زیادی برخورداراست ؛ ازجمله كاربردهای عملی این نوع جریان ها، می توان به جریان حول دودكش ها ، ساختمانها وسازه های بلند، سازه های دریایی، پلهای معلق، بال هواپیما، پروانه كشتی ودكل ها وبسیاری ازموارددیگراشاره نموداین نوع جریان اغلب شامل پدیده های پیچیده ای ازقبیل جدایش جریان ، ویك، جریان های برشی ، جریان گردابه ای وپخش گردابه هستند. دراعداد رینولدزبسیاركم ، جریان حول این گونه اجسام كاملا" به آنها چسبیده وجدایش رخ نمی دهد باافزایش عددرینولدز، جریان ازسطح آنها جدا شده ویك جفت گردابه متقارن درپشت آنها تشكیل می شودكه با افزایش عددرینولدز،ابعادگردابه ها نیزبزرگترمی شود. با افزایش بیشترعددرینولدزگردابه ها حالت نوسانی پیدا كرده ودرجریان پخش می شوددراین حالت جریان ازحالت دائم به حالت غیردائم تبدیل می شود. درحالیكه این گونه هندسه ها ازلحاظ مكانیك 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 كه فشار در پایین دست جریان افزایش می‌یابد، ضخامت لایه مرزی به سرعت زیاد می‌شود. این گرادیان معكوس و نیروی برشی مرزی باعث كاهش اندازه حركت در لایه مرزی خواهد شد و اگر هر دو عامل فوق در طول قابل توجهی از مسیر مؤثر باشند، سبب توقف لایه مرزی می‌شوند كه این پدیده را جدایش می‌نامند. خطوط جریان مرزی در نقطه جدایش از مرز مربوطه جدا می‌شوند و در پایین دست این نقطه گرادیان فشار معكوس باعث برگشت جریان در مجاورت جداره می‌شود. ناحیه پایین دست خطوط جریان كه از مرز جدا می‌شود موسوم به جریان برگشتی است. اثر جدایش، كاستن از مقدار خالص كاری است كه یك جزء سیال می‌تواند بر سیال احاطه كننده خود با صرف نیروی جنبشی انجام دهد و در نهایت بازیافت فشار كامل نبوده و اتلافات (كشش) نیز افزایش می‌یابد.

همان گونه كه می‌دانیم نیروهای كشش و برآ دو مولفه دارند نیروی كشش ناشی از شكل و نیروی كشش ناشی از اصطكاك پوسته‌ای و یا نیروی كشش لزجتی. جدایش وجریان برگشتی كه دو پدیده همراه هستند تأثیر عمیقی بر نیروی كشش ناشی از شكل دارند. اگر بتوان از تولید جدایش در هنگام عبور جریان از روی یك جسم جلوگیری كرده، لایه مرزی نازك باقی خواهند ماند و از كاهش فشار در ناحیه برگشتی جلوگیری خواهد شد و بدین وسیله نیروی كشش فشاری به حداقل مقدار خواهد رسید.]1[

ماهیت‌های لایه‌های مرزی آرام- درهم نیز تأثیر مهمی بر موقعیت نقطه جدایش دارند در لایه مرزی درهم كه انتقال اندازه حركت بزرگ‌تر است برای ایجاد جدایش باید گرادیان فشار معكوس بیشتر از لایه مرزی آرام باشد. به عنوان مثال رفتار جریان بر روی سیلندر استوانه‌ای در اعداد رینولدز بسیار كم جریان بدون آن كه از روی استوانه جدا شود و تشكیل گردابه دهد از روی آن عبور می‌كند. در مقادیر رینولدز پایین جدایش در لایه مرزی آرام اتفاق می‌افتد و یك جفت گردابه به صورت متقارن در پشت مانع تشكیل می‌شود. با افزایش عدد رینولدز رها شدن متناوب گردابه در پشت مانع به وجود می‌آید و خیابان گردابه‌ای ون‌كارمن در پشت استوانه شكل می‌گیرد و سبب افزایش فشار منفی در پشت مانع می‌شود. در عدد رینولدز زیر بحرانی فركانس رهایی گردابه‌ها مستقل از عدد رینولدز است. این فركانس را با یك عدد بدون بعد به نام عدد اشتروهال نشان می‌دهند]2[:

كه در آن f فركانس، d قطر استوانه و V سرعت جریان می‌باشد. با افزایش عدد رینولدز لایه مرزی آشفته می‌شود و جدایش در نقطه‌ای نزدیك‌تر روی استوانه اتفاق می‌افتد.

در این پروژه هندسه‌ای كه مورد بررسی قرار گرفته مانع مربعی واقع در كانال می‌باشد كه در حالتهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.

4-1-تحریك لایه مرزی

در بیشتر كاربردهای مهندسی نیاز به افزایش و یا كاهش انتقال حرارت می‌باشد ولی مشكل اصلی در این موارد محدودیت كاهش 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 كه می‌تواند برای كنترل انتقال حرارت به كار رود ویژگی‌های سیال می‌باشد. همان طور كه می‌دانیم به علت وجود لزجت در كنار سطح جامد لایه مرزی تشكیل می‌شود. این لایه نقش یك لایه مقاوم در برابر انتقال  حرارت را ایفا می‌كند. 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 تحریك لایه مرزی شناخته می‌شود. از جمله پارامترهای مهم دیگری كه از تحریك لایه مرزی برای ایجاد تغییرات در آن بهره‌گیری می‌شود، ضریب اصطكاك  می‌باشد.

اساس تحریك لایه مرزی بهره‌گیری از پدیده‌های مختلف سیالاتی نظیر نقطه سكون، 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 می‌كند. یك 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 یك یا تركیبی از این پدیده‌های سیالی را به وجود آورد. هر یك از این پدیده‌ها اثر خاصی بر میزان ضریب انتقال حرارت، ضریب درگ مانع و هم‌چنین صفحه‌ای كه مانع بر روی آن قرار گرفته است. ]1[

در زمینه استفاده از موانع برای تحریك لایه مرزی تحقیقات چندی صورت گرفته است. در برخی از تحقیقات سعی شده است با تغییر الگوی جریان در پشت موانع كه معمولا با تولید گردابه می‌باشد ضریب انتقال حرارت و یا ضریب درگ مانع و هم‌چنین صفحه‌ای كه مانع بر روی آن قرار گرفته تغییر داده شود.

در این پروژه با قرارگیری یك مانع مربعی در فواصل مختلف از دیواره یك كانال، روند تغییرات عدد ناسلت، ضریب درگ، اصطكاك موضعی و سایر پارامترهای مؤثر بررسی می‌گردند. در ادامه تاریخچه‌ای از این مطالعات آورده می‌شود.

5-1-تاریخچه مطالعات و تحقیقات انجام شده 

جریان بروی موانع داخل كانال موردتوجه بسیاری ازمحققین درزمینه های مختلف مهندسی می باشد.تحقیقات انجام شده شباهتهایی مابین جریان حول یك جسم جریان بندوحول دوجسم جریان بندپشت سرهم راگزارش می نماید.دراین نوع جریان ها علاوه برتاثیرعددرینولدز،نقش فاصله موانع ازدیواره های كانال وازهم برپیچیدگی های جریان می افزاید. لذا دراین گزارش سعی شده پاره ای ازتحقیقات انجام شده دراین زمینه رابیان نماییم.

كلكاروپاتنكار] 3 [ درسال 1992جزواولین محققانی بوده اندكه مساله انتقال حرارت جابجایی اجباری خالص را درهندسه یك مانع مربعی وسط كانال بررسی كرده اند.نتایج آنها نشان می دهد علارقم تفاوت قابل ملاحظه درمیدان دما درجریانهای دائمی وغیردائمی این هندسه، ضریب انتقال حرارت كلی دراین دونوع جریان، تفاوت چندانی ندارد.

سوزوكی وهمكارانش ] 4[ درسال 1994 جریان آرام داخل كانال با یك مانع مربعی نصب شده دروسط كانال همراه با انتقال حرارت را بصورت عددی مورد بررسی قرار داده اند. آنها نشان داده اندكه جریان غیردائمی كه درپشت مانع ایجادمی شودتاثیرقابل ملاحظه ای برانتقال حرارت ازدیواره های كانال برجای می گذارد.

تركی وهمكارانش ] 5[ درسال2003 جریان دوبعدی آرام همراه باانتقال حرارت درداخل یك كانال با یك مانع مربعی وسط كانال راموردبررسی قرار داده انددراین بررسی دونسبت انسداد25درصد5/12درصددرنظرگرفته شده واثرجابجایی آزاد درسرعتهای پایین نیزبررسی شده است آنها نشان داده اندكه برای عددریچاردسون كمتراز05/0می توان انتقال حرارت جابجایی اجباری رابه عنوان تنها مكانیزم انتقال حرارت دراین مساله درنظرگرفت همچنین نتایج حاصله ازتحقیقات آنها كه بصورت منحنی های عددناسلت موضعی ومتوسط بیان شده است نشان گرتاثیرعددرینولدزبرانتقال حرارت ازاستوانه دما ثابت می باشد.

اورتگا (Ortega) و همكارانش در سال 2000 جریان آرام ناپایدار را درعبور از موانع مربعی واقع در كانال بررسی نمودند. ایشان عدد ناسلت متوسط و هم‌چنین خواص ایرودینامیكی مانند ضریب درگ، ضریب فشار و عدد اشتروهال را محاسبه كرده و به این نتیجه رسیدند كه عدد ناسلت و اشتروهال با نزدیك شدن مانع به دیواره‌های كانال كاهش می‌یابند. ]6[

بتچرایا (Bhattacharyya) و  میتی (Maiti) در سال 2004 جریان اطراف یك مانع مربعی را كه موازی با دیواره و در داخل لایه مرزی قرار گرفته بود را مورد بررسی قرار داده‌اند. در این تحقیق جریان آرام (Re=1400) فرض شده و سیلندر در فواصل مختلف از صفحه واقع شده است. نتایج حاكی از كاهش عدد اشتروهال و افزایش نیروی درگ با كاهش فاصله مانع تا صفحه است. ]7[

رُی (Roy) و همكارانش در سال 2004 جریان تراكم‌ناپذیر آرام در اطراف یك سیلندر مربعی واقع در مركز كانالی را برای رینولدزهای مختلف (150، 300 و 1500) انجام دادند. در این تحقیق با افزایش فاصله دیواره‌ها از مانع مشاهده كردند كه ضریب درگ نیز افزایش می‌یابد. ]8[

همچنین در دانشگاه فردوسی مشهد كهرم و علی فرهبد در سال 1382 با استفاده از كد teach-T تغییرات ضریب انتقال حرارت نسبت به فاصله مانع مربعی از صفحه را بررسی نمودند. این مطالعه بیانگر افزایش ضریب انتقال حرارت باكاهش فاصله مانع تا صفحه است. در این تحقیق جریان پایدار و عدد رینولدز 10⁶ بوده است. ]9[

از دیگر مطالعات انجام شده در دانشگاه فردوسی مشهد می‌توان به مطالعات كهرم و خاکپور در سال 1384 اشاره كرد كه با استفاده از كد teach-T جریان مغشوش، اثر تحریک لایه مرزی توسط سیلندر مربعی بر ضریب انتقال حرارت و ضریب اصطکاک جریان ناپایدار روی صفحه تخت  را مورد بررسی قرار داده و نتایج خود را با نتایج تجربی مقایسه كردند. ]10[

تاتسوتانی وهمكاران در سال1993 جریان ناپای دوبعدی غیرقابل تراكم حول دوسیلندر مربعی درحالت پشت سرهم دریك كانال با نسبت انسداد 20 درصد رابه دوروش عددی وآزمایشگاهی مطالعه كردند آنها تاثیر فاصله بین سیلندرها بررفتار جریان رادراعداد رینولدزمابین 200 تا 1600 رابررسی كردند. نتایج این تحقیق نشان داد كه برای اعداد رینولدزكمترویا مساوی200 وفاصله بین سیلندری ما بین 25/0 و4 یك جفت گردابه دائم مابین سیلندرها تشكیل شده وپدیده پخش گردابه فقط ازسیلندرپایین دست صورت می پذیرد.  ]11[

والنسیادر سال 1998جریان وانتقال حرارت ازدو مانع مربعی پشت سرهم دریك كانال را شبیه سازی عددی نمود.نتایج این تحقیقات نشان داد كه وجودموانع مربعی دربرابر جریان،باعث افزایش ضریب اصطكاك شده وافت فشاررا هم افزایش می دهد.همچنین نتایج تحقیق اونشان داد كه افزایش فاصله بین سیلندری، باعث افزایش عددناسلت روی دیواره های كانال می شود. ]12[

جهت دریافت فایل جریان حول اجسام جریان بند لطفا آن را خریداری نمایید

قیمت فایل فقط 6,900 تومان

برچسب ها : جریان حول اجسام جریان بند , طرح توجیهی جریان حول اجسام جریان بند , دانلود جریان حول اجسام جریان بند , مکانیک , اجسام جریان بند , , دانلود طرح توجیهی , پروژه دانشجویی , دانلود پژوهش , دانلود تحقیق , پایان نامه , تحریك لایه مرزی , دانلود پروژه , رفتار جریان روی موانع , جریان بند