عنوان: پایان نامه بررسی انتقال حرارت تعشعشی در پره های مثلثی، مهندسي مکانیک
رشته: پروژه پایانی دوره کارشناسی،مهندسی مکانيک گرايش حرارت و سيالات
فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحه: 80
بهمرا فایل پاورپوینت جهت ارائه پایان نامه
چکیده:
انتقال حرارت جابجايي آزاد و تشعشع درمجموعه پرههاي مثلثي كه به شكل افقي قرار گرفته در اين پاياننامه بررسي شده است. در اين پروژه معادلات حاكم بر پرهها و ارتباط تشعشعي آنها با يكديگر و صفحه مياني فرمول بندي شده است و سپس معادلات حاكم بر سيال نوشته شده است. فرمولهاي حاكم بر پرهها با توجه به تغييرات و چرخش دستگاههاي مختصات بدست آمده و تمامي حالات دائم خواهند بود. سپس با شرايط مرزي مناسب كه در متن پاياننامه به آنها اشاره مي شود ميتوان اين معادلات را بر روشهاي عددي حل نمود. در اين پايان نامه هندسه مسئله با حالات و شرايط مرزي مختلف توسط نرم افزار GAMBIT رسم و مش بندي شده و توسط نرم افزار FLUENT حل شده و نتايج براي ابعاد مختلف پره بررسي و با كارهاي ديگران مقايسه شده است.
فهرست مطالب
عنوان
مقدمه
فصل اول: انتقال حرارت جابجايي و تشعشع در پره ها
1-1- تجزبه و تحليل كلي رسانايي در پره ها
1-2- عملکرد پره
1-3- پره با سطح مقطع غير يكنواخت
1-4- بازدۀ کلی سطح
1-5- جابجايي آزاد
1-5-1- ملاحظات فيزيكي
1-5-2- معادلات حاکم
1-5-3- ملاحظات تشابه سازی
1-5-4- سطوحی افقی و شیبدار
1-6- تبادل خالص تشعشع در یک سطح
1-7- تبادل تشعشع بین سطوح
فصل دوم: انتقال حرارت جابجايي و تشعشع در مجموعه پره مثلثي
2-1- مقدمه
2-2- تعين مختصات و تغييرات آنها
2-3- انتقال حرارت تشعشع
2-4- معادلات حاكم و شرايط مرزي
2-5- انتقال حرارت از پرههاي داخلي و پره هاي ابتدايي و انتهايي در مجموعه پرهها
2-6- انتقال حرارت از مجموعه پرهها( )
2-7- عدد نوسلت ميانگين براي مجموعه پره
2-8- عملكرد پرهها
فصل سوم: آناليز انتقال حرارت جابجايي آزاد و تشعشع در مجموعه پرههاي مثلثي
3-1- مقدمه
3-2- تأثير افزايش فاصله بين دو پره
3-3- افزايش ارتفاع پره
3-4- افزايش ضخامت پاي پره
3-5- تأثير دماي پاي پره
3-6- تأثير عدد رايلي بر نوسلت ميانگين مجموعه پرهها
3-7- تأثير افزايش ارتفاع و ضخامت پاي پره با زاويه رأس ثابت پره
3-8- نمايش خطوط دما ثابت
3-9- نمايش خطوط جريان و بردارهاي سرعت
3-10- نمايش اغتشاشات
فصل چهارم: نتیجه گیری
4-1- تحليل تاثير ابعاد مجموعه پره
4-2- تحليل تأثير دماي پاي پره در كارآيي و شار حرارتي
منابع :
فهرست اشکال
عنوان
شكل 1-1: موازنه انرژي براي يك سطح گسترش يافته
شکل 1-2: بازده پره هاي مستقيم(شعاعي با مقطع مستطيلي،مثلثي و سهموي)
شکل 1-3: بازده پره هاي شعاعي با مقطع مستطيلي
شکل 1-4: دو نمونه از مجموعه پره ها (الف) پره های مستطیلی (ب) پره های شعاعی
شکل 1-5: مجموعه پره ها و مدار گرمایی، (الف) پره هایی ک جزء سطح اند. (ب) پره هایی که به سطح اصلی متصل اند
شكل 1-6: شرايط يك سيال بين دو صفحه افقي بزرگ در دماهاي متفاوت الف-گراديان دماي ناپايدار ب-گراديان دماي پايدار
شکل 1-7: جریانهای مرز آزاد ناشی از نیروی غوطه وری در یک سیال ساکن وگسترده. (الف) تشکیل توده سیال روی یک سیم گرم شده (ب) فوارۀ غوطه ور
شکل 1-8: رشد لایه مرزی روی یک صفحه گرم قائم
شکل 1-9: جریان ناشی از غوطه وری روی سطح شیب دار الف)وب) پ)وت)
شكل 1-10: الف- روي سطح سرد،ب- زير سطح سرد،ج- روي سطح گرم،د- زير سطح گرم
شکل 1-11: تبادل تشعشعدر محفظه اي متشكل از سطوح خاكستري و ديفيوزر كه حاوي ماده نا فعال از نظر تشعشعي است. الف شكل محفظه،ب) موازنه تشعشع بر اساس معادله(1-44)،پ)موازنه تشعشع بر اساس معادله(1-46)،ت)مدار نشان دهنده انتقال خالص تشعشع از سطح
شکل 1-11: نمایش مداری تبادل تشعشع بین سطح i وسایر سطوح واقع در یک محفظه
شكل 2-1: هندسه مجموعه پره
شكل 3-1: تأثير افزايش فاصله بين دو پره
شكل 3-2: تاثيرافزايش ارتفاع پره
شكل 3-3: افزايش ضخامت پاي پره
شكل 3-4: تأثير دماي پاي پره
شكل 3-5: تأثير عدد رايلي بر نوسلت ميانگين مجموعه پرهها
شكل 3-6: تأثير افزايش ارتفاع و ضخامت پاي پره با زاويه رأس ثابت پره
شكل3-7: خطوط دما ثابت
شكل 3-8: خطوط دما ثابت
شكل3-9: خطوط دما ثابت
شكل3-10: خطوط دما ثابت
شكل3-11: خطوط دما ثابت
شکل 3-12: خطوط جريان
شکل 3-13: خطوط جريان
شکل 3-14: خطوط جريان
شکل 3-15: خطوط جريان
شکل 3-16: خطوط جريان
شکل 3-17: بردارهاي سرعت
شکل 3-18: اغتشاشات جريان
شکل 3-19: اغتشاشات جريان
شکل 3-20: اغتشاشات جريان
شکل 3-21: اغتشاشات جريان
شكل4-1: تأثير افزايش فاصله بين دو پره
شكل 4-2: كارهاي V.Dharma Rao, S.V.Naidu و Anbor
شكل 4-3: تاثير ارتفاع پرهها بر شار حرارتي
شكل 4-4: تاثير ضخامت پاي پره بر شار حرارتي
شكل 4-6: تاثير عدد رايلي در مجموعه پره عدد نوسلت
شكل 4-7: كارهاي انجام شده توسط V.Dharma Rao, S.V.Naidu
شكل 4-8: تأثير دماي پاي پره در كارآيي و شار حرارتي
شكل 4-9: تأثير دماي پاي پره در كارآيي و شار حرارتي دركارهاي V.Dharma Rao, S.V.Naidu
فهرست جداول
عنوان
جدول 1-1: توزيع دما و اتلاف گرما از پره ها با سطح مقطع يكنواخت
جدول 1-2: حدود مقادير ضريب انتقال گرماي جابجايي
جدول 1-3: توابع هذلولي
جدول 1-4: بازده پره های متداول
جدول 3-1: تأثير افزايش فاصله بين دو پره
جدول 3-2: تاثيرافزايش ارتفاع پره
جدول 3-3: افزايش ضخامت پاي پره
جدول 3-4: تأثير دماي پاي پره
جدول 3-5: تأثير دماي پاي پره
جدول 3-6: تأثير دماي پاي پره
جدول 3-7: تأثير عدد رايلي بر نوسلت ميانگين مجموعه پرهها
جدول 3-8: تأثير عدد رايلي بر نوسلت ميانگين مجموعه پرهها
جدول 3-9: تأثير افزايش ارتفاع و ضخامت پاي پره با زاويه رأس ثابت پره 48
مقدمه
سطوح گسترش يافته يا همان پره ما بطور گسترده در خنك كردن موتور اتومبيلها و موتورهاي سفينههاي فضايي استفاده ميِشوند. پرهها همچنين در پردازندههاي كامپيوتر وديگر تجهيزات الكترونيكي به وفور استفاده ميشوند.
جنبههاي مختلف انتقال حرارت از پرهها، انتقال حرارت جابجايي آزاد و تشعشع بسيار مشاهده ميشود كه تقريباً انتقال حرارت تشعشع 20% از انتقال حرارت كل را شامل ميشود. پرها بصورت مجموعهاي بكار گرفته ميشوند، انتقال حرارت از مجموعه پرهها بطور تئوري درمقايسه با يك پره منفرد كمتر پيش بيني شده است و به اين نتيجه رسيده اند كه انتقال حرارت از مجموعه پرهها به فاصله بين پرهها وابسته است.
تحقيقات پيوستهاي براي بهبود دادن بازده سيستمهاي تبادل حرارتي انجام شده كه شامل انتقال حرارت آزاد و اجباري ميباشند. كار تجربي اخير بروي مجموعه پرههاي افقي و عمودي با جابجايي آزاد توسط Staner Mcmanus، wellingو woodhinge ، Harahapو Mcmanus ، … صورت گرفته است.
انتقال حرارت تشعشع نقش مهمي درانتقال حرارت مجموعه پرهها بازي ميكند. Chaddock , Edwards نشان دادند كه انتقال حرارت بوسيله تشعشع از پرههاي استوانهاي با ضريب صدور سطح 99/0 حدوداً يك سوم انتقال حرارت كل محاسبه شده است. chaddok متوجه شد كه انتقال حرارت بوسيله تشعشع پره با جنس آلومينيوم صيقل داده شده در حدود 20%-10 انتقال حرارت كل را شامل ميشود .
Sparrow و Acharya يك مقاله بروي جابجايي طبيعي پره با حل معين شده غير يكنواخت با ضريب انتقال حرارت متغير ارائه كردهاند. يك تحليل رسانايي و جابجايي براي پره با صفحه عمودي انجام شده است و آنها نشان دادهاند كه ضريب انتقال حرارت محلي در اول كم ميشود و به يك حداقلي ميرسد و سپس با افزايش فاصله خطوط جريان پايين افزايش مي يابد. Sukhatme مشاهده كرد كه با افزايش درعدد گراشف انتقال حرارت جابجايي افزايش يافته و انتقال حرارت تشعشع كاهش مييابد.Manzoor et al. تلفات انتقال بوسيله جابجايي و تشعشع از پرههاي يك بعدي و دوبعدي را تحليل كرد. parrow and vemuri آزمايشهايي كه با فين هاي سوزني افقي با تراكم بالا ثابت شده بر يك صفحه پايه عمودي را بررسي كردهاند. سپس آنها روي تأثير جهتدهي پرهها تخمين و انتقال حرارت تشعشع پره با دماي ثابت را مطالعه كردند.
Aihara et al. آزمايشهايي را بروي مجموعه پره سوزني با صفحه پايه عمودي همراه توزيع سرعت اطراف آنها انجام دادهاند. تخمينهاي تشعشعي بدست آمده با ضريب صدور شفاف بنا شدهاند.
Zagrofos, Edward يك مجموعه پره سوزني را بهتر از يك مجموعه پره صفحهاي تحت شرايط يكسان اجرا كرده اند. Sunil Reddy , Sobhan يك فين مستطيلي با يك خط منبع در صفحه پايه رامطالعه كرده اند. عكسالعمل جابجايي آزاد با تشعشع و رسانايي در يك شكاف طور عددي بوسيله Balaji,Venkateshan مطالعه شده است.Rao , Venkateshan يك آزمايشهايي را بروي مجموعه پره افقي بلند داده اند. بعلاوه زماني كه افزايش در انتقال حرارت تشعشعي بطور غير خطي متمايل ميشود. انتقال حرارت جابجايي بطور خطي با فاصله بين پرهها افزايش مي يابد.Lina , Leela با بكار بردن قانون دوم با يك مجموعه پره سوزني تحت جريان گذرنده مشاهده كردند با افزايش درسرعت جريان نرخ انتقال حرارت افزايش خواهد يافت و از اين رو برگشت ناپذيري انتقال حرارت را كاهش ميدهد.Abramazon يك بحث بروي تخمين انتقال حرارت تشعشع از مجموعه پرههاي مستطيلي، كه درآنجا انتقال حرارت تشعشع 20% از انتقال حرارت كل را شامل ميشود را ارائه كردند. Yancu , Anbar آزمايشهايي را با تعداد مختلف پرهها بروي يك صفحه پايه افقي با عرض mm250 را انجام دادهاند و با كاهش فضاي بين پرهها افزايش تعداد پرهها را منجر خواهد شد.
آنها متوجه شدند كه براي يك اختلاف مشخص دماي محيط بادماي پايه، با يك ارتفاع مشخص پره و فاصله مشخص بين پره نرخ انتقال حرارت از مجموعه پره ماكزيمم خواهد شد.de lieto Vollari et al. تركيب بهينه فين مستطيلي با يك صفحه پايه عمودي را بررسي كردهاند. Baskaya et al. معادلات بيضوي حاكم سه بعدي براي مجموعه پره مستطيلي افقي بوسيله حجم محدود با كدهاي CFD را حل نمودهاست. آنها تأثير فضاي بين پرهها، ارتفاع پرهها، طول ودماي روي مجموعه پرهها را بررسي كردهاند. Guvenc ,Yancu يك بررسي آزمايشگاهي بروي مجموعه پرهها انجام دادهاند و متوجه شدهاند كه افزايش بيشتر انتقال حرارت با صفحهي پايهاي عمودي بيشتر از صفحه پايهاي افقي بدست ميآيد.Chiu , Chen از روش تجزيه كردن Adomain استفاده كرد تا توزيع دما در طول يك پره همراه با تشعشع و جابجايي را تعيين كنند، در اين پره متغير بودن رسانايي حرارتي كه تابع انتقال حرارت جابجايي ميِشود مدنظر قرار گرفته شده است.Dayan et al يك مطالعه آزمايشگاهي و تحليلي براي مجموعه پره داغ با سطح روپايين انجام دادهاند. آنها تأثيرات طول پره، فضاي بين پره ودماي سطح رابررسي كرده و بطور عمده تأثير ضريب انتقال حرارت با ارتفاع پره مقايسه شده است.او همچنين نشان داده كه فضاي بهينه بين پرهها دريك رنج كوچكي تغيير ميكند كه بطور زياد به طول مجموعه وابسته ميباشد. كه ميتواند هر دو پره مجاور در يك مجموعه پره با محفظه مشاهده شود. بطور قرينه يك حل تئوري براي انتقال حرارت جابجايي طبيعي در يك محفظه با محيط متخلل و غير متخلل بررسي كرده اند. در بررسي هاي بالا، معادلات ممنتوم و جرم با بالانس انرژي براي سيال بكار گرفته شدهاند.
در يك تحقيق فقط بعضي موارد در مجموعه پرههاي افقي مورد مطالعه قرار گرفته است. به عنوان مثال مطالعه بر روي يك مجموعه پره افقي فقط با انتقال حرارت جابجايي طبيعي را بررسي شده است. و حالت تشعشعي انتقال حرارت بحساب نيامده است. بعلاوه حوزه محاسباتي در مطالعات شامل يك پره منفرد و نصف فاصله مياني ميباشد. بنابراين پره يا پرههاي مجاور در نظر گرفته نشده است.در مطالعات آزمايشگاهي تأثير پرههاي مجاور در انتقال حرارت بررسي شدهاند. اين مورد همچنين بوسيله و دادههاي آزمايشگاهي شناسايي شده است، كه متوجه شداند نرخ انتقال حرارت از پره هاي انتهايي در مقايسه با پرههاي داخلي مجموعه پره 4تايي بيشتر است. اين مشاهدات به مؤلفان براي بررسي انتقال حرارت به سيال در يك محفظه بسته با يك مجموعه پره و همچنين شامل شدن حالت تشعشعي انتقال حرارت در تحليلات را رسانده شده است.V.Dharma Rao , S.V.Naidu ,B.Govind Rao K.V.Sharma مسئله انتقال حرارت جابجايي و تشعشع از يك مجموعه پره افقي بطور تئوري و با در نظر گرفتن پرههاي داخلي مجاور هم در محفظه دوتايي بررسي كردهاند.
در اين پاياننامه انتقال حرارت از يك مجموعه پره مثلثي با درنظر گرفتن حالت جابجايي آزاد و انتقال حرارت تشعشعي بررسي و فرمول بندي شده است و به كمك نرم افزار تحليل و ابعاد بهينه پيشنهاد شده است.
این پایان نامه با آیین نامه نحوه نگارش و تدوین پایان نامه تهیه شده و آماده ارائه میباشد.