بررسی انتقال حرارت تعشعشی در پره های مثلثی، پایان نامه مهندسي مکانیک | شبیه سازی، برنامه نویسی، پایان نامه

پایان نامه بررسی انتقال حرارت تعشعشی در پره های مثلثی، مهندسی مکانیک

عنوان:  پایان نامه بررسی انتقال حرارت تعشعشی در پره های مثلثی، مهندسی مکانیک

رشته:  پروژه پایانی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانیک گرایش حرارت و سیالات

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: ۸۰

بهمرا فایل پاورپوینت  جهت ارائه پایان نامه

چکیده:
انتقال حرارت جابجایی آزاد و تشعشع درمجموعه پره‌های مثلثی که به شکل افقی قرار گرفته در این پایان‌نامه بررسی شده است. در این پروژه معادلات حاکم بر پره‌ها و ارتباط تشعشعی آنها با یکدیگر و صفحه میانی فرمول بندی شده است و سپس معادلات حاکم بر سیال نوشته شده است. فرمولهای حاکم بر پره‌ها با توجه به تغییرات و چرخش دستگاههای مختصات بدست آمده و تمامی حالات دائم خواهند بود. سپس با شرایط مرزی مناسب که در متن پایان‌نامه به آنها اشاره می شود می‌توان این معادلات را بر روشهای عددی حل نمود. در این پایان نامه هندسه مسئله با حالات و شرایط مرزی مختلف توسط نرم افزار GAMBIT رسم و مش بندی شده و توسط نرم افزار FLUENT حل شده و نتایج برای ابعاد مختلف پره بررسی و با کارهای دیگران مقایسه شده است.

فهرست مطالب
عنوان
مقدمه
فصل اول: انتقال حرارت جابجایی و تشعشع در پره ها
۱-۱- تجزبه و تحلیل کلی رسانایی در پره ها
۱-۲- عملکرد پره
۱-۳- پره با سطح مقطع غیر یکنواخت
۱-۴- بازدۀ کلی سطح
۱-۵- جابجایی آزاد
۱-۵-۱- ملاحظات فیزیکی
۱-۵-۲- معادلات حاکم
۱-۵-۳- ملاحظات تشابه سازی
۱-۵-۴- سطوحی افقی و شیبدار
۱-۶- تبادل خالص تشعشع در یک سطح
۱-۷- تبادل تشعشع بین سطوح
فصل دوم: انتقال حرارت جابجایی و تشعشع در مجموعه پره مثلثی
۲-۱- مقدمه
۲-۲- تعین مختصات و تغییرات آنها
۲-۳- انتقال حرارت تشعشع
۲-۴- معادلات حاکم و شرایط مرزی
۲-۵- انتقال حرارت از پره‌های داخلی و پره های ابتدایی و انتهایی در مجموعه پره‌ها
۲-۶- انتقال حرارت از مجموعه پره‌ها( )
۲-۷- عدد نوسلت میانگین برای مجموعه پره
۲-۸- عملکرد پره‌ها

فصل سوم: آنالیز انتقال حرارت جابجایی آزاد و تشعشع در مجموعه پره‌های مثلثی
۳-۱- مقدمه
۳-۲- تأثیر افزایش فاصله بین دو پره
۳-۳- افزایش ارتفاع پره
۳-۴- افزایش ضخامت پای پره
۳-۵- تأثیر دمای پای پره
۳-۶- تأثیر عدد رایلی بر نوسلت میانگین مجموعه پره‌ها
۳-۷- تأثیر افزایش ارتفاع و ضخامت پای پره با زاویه رأس ثابت پره
۳-۸- نمایش خطوط دما ثابت
۳-۹- نمایش خطوط جریان و بردارهای سرعت
۳-۱۰- نمایش اغتشاشات
فصل چهارم: نتیجه گیری
۴-۱- تحلیل تاثیر ابعاد مجموعه پره
۴-۲- تحلیل تأثیر دمای پای پره در کارآیی و شار حرارتی
منابع :
فهرست اشکال
عنوان
شکل ۱-۱: موازنه انرژی برای یک سطح گسترش یافته
شکل ۱-۲: بازده پره های مستقیم(شعاعی با مقطع مستطیلی،مثلثی و سهموی)
شکل ۱-۳: بازده پره های شعاعی با مقطع مستطیلی
شکل ۱-۴: دو نمونه از مجموعه پره ها (الف) پره های مستطیلی (ب) پره های شعاعی
شکل ۱-۵: مجموعه پره ها و مدار گرمایی، (الف) پره هایی ک جزء سطح اند. (ب) پره هایی که به سطح اصلی متصل اند
شکل ۱-۶: شرایط یک سیال بین دو صفحه افقی بزرگ در دماهای متفاوت الف-گرادیان دمای ناپایدار ب-گرادیان دمای پایدار
شکل ۱-۷: 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 ۱-۸: رشد لایه مرزی روی یک صفحه گرم قائم
شکل ۱-۹: جریان ناشی از غوطه وری روی سطح شیب دار الف)وب) پ)وت)
شکل ۱-۱۰: الف- روی سطح سرد،ب- زیر سطح سرد،ج- روی سطح گرم،د- زیر سطح گرم
شکل ۱-۱۱: تبادل تشعشعدر محفظه ای متشکل از سطوح خاکستری و دیفیوزر که حاوی ماده نا فعال از نظر تشعشعی است. الف شکل محفظه،ب) موازنه تشعشع بر اساس معادله(۱-۴۴)،پ)موازنه تشعشع بر اساس معادله(۱-۴۶)،ت)مدار نشان دهنده انتقال خالص تشعشع از سطح
شکل ۱-۱۱: نمایش مداری تبادل تشعشع بین سطح i وسایر سطوح واقع در یک محفظه
شکل ۲-۱: هندسه مجموعه پره
شکل ۳-۱: تأثیر افزایش فاصله بین دو پره
شکل ۳-۲: تاثیرافزایش ارتفاع پره
شکل ۳-۳: افزایش ضخامت پای پره
شکل ۳-۴: تأثیر دمای پای پره
شکل ۳-۵: تأثیر عدد رایلی بر نوسلت میانگین مجموعه پره‌ها
شکل ۳-۶: تأثیر افزایش ارتفاع و ضخامت پای پره با زاویه رأس ثابت پره
شکل۳-۷: خطوط دما ثابت
شکل ۳-۸: خطوط دما ثابت
شکل۳-۹: خطوط دما ثابت
شکل۳-۱۰: خطوط دما ثابت
شکل۳-۱۱: خطوط دما ثابت
شکل ۳-۱۲: خطوط جریان
شکل ۳-۱۳: خطوط جریان
شکل ۳-۱۴: خطوط جریان
شکل ۳-۱۵: خطوط جریان
شکل ۳-۱۶: خطوط جریان
شکل ۳-۱۷: بردارهای سرعت
شکل ۳-۱۸: اغتشاشات جریان
شکل ۳-۱۹: اغتشاشات جریان
شکل ۳-۲۰: اغتشاشات جریان
شکل ۳-۲۱: اغتشاشات جریان
شکل۴-۱: تأثیر افزایش فاصله بین دو پره
شکل ۴-۲: کارهای V.Dharma Rao, S.V.Naidu و Anbor
شکل ۴-۳: تاثیر ارتفاع پره‌ها بر شار حرارتی
شکل ۴-۴: تاثیر ضخامت پای پره بر شار حرارتی
شکل ۴-۶: تاثیر عدد رایلی در مجموعه پره عدد نوسلت
شکل ۴-۷: کارهای انجام شده توسط V.Dharma Rao, S.V.Naidu
شکل ۴-۸: تأثیر دمای پای پره در کارآیی و شار حرارتی
شکل ۴-۹: تأثیر دمای پای پره در کارآیی و شار حرارتی درکارهای V.Dharma Rao, S.V.Naidu

فهرست جداول
عنوان
جدول ۱-۱: توزیع دما و اتلاف گرما از پره ها با سطح مقطع یکنواخت
جدول ۱-۲: حدود مقادیر ضریب انتقال گرمای جابجایی
جدول ۱-۳: توابع هذلولی
جدول ۱-۴: بازده پره های متداول
جدول ۳-۱: تأثیر افزایش فاصله بین دو پره
جدول ۳-۲: تاثیرافزایش ارتفاع پره
جدول ۳-۳: افزایش ضخامت پای پره
جدول ۳-۴: تأثیر دمای پای پره
جدول ۳-۵: تأثیر دمای پای پره
جدول ۳-۶: تأثیر دمای پای پره
جدول ۳-۷: تأثیر عدد رایلی بر نوسلت میانگین مجموعه پره‌ها
جدول ۳-۸: تأثیر عدد رایلی بر نوسلت میانگین مجموعه پره‌ها
جدول ۳-۹: تأثیر افزایش ارتفاع و ضخامت پای پره با زاویه رأس ثابت پره ۴۸

مقدمه

سطوح گسترش یافته یا همان پره ما بطور گسترده در خنک کردن موتور اتومبیل‌ها و موتورهای سفینه‌های فضایی استفاده میِ‌شوند. پره‌ها همچنین در پردازنده‌های کامپیوتر ودیگر تجهیزات الکترونیکی به وفور استفاده می‌شوند.
جنبه‌های مختلف انتقال حرارت از پره‌ها، انتقال حرارت جابجایی آزاد و تشعشع بسیار مشاهده می‌‌شود که تقریباً انتقال حرارت تشعشع ۲۰% از انتقال حرارت کل را شامل می‌شود. پرها بصورت مجموعه‌ای بکار گرفته می‌شوند، انتقال حرارت از مجموعه پره‌ها بطور تئوری درمقایسه با یک پره منفرد کمتر پیش بینی شده است و به این نتیجه رسیده اند که انتقال حرارت از مجموعه پره‌ها به فاصله بین پره‌ها وابسته است.
تحقیقات پیوسته‌ای برای بهبود دادن بازده سیستمهای تبادل حرارتی انجام شده که شامل انتقال حرارت آزاد و اجباری می‌باشند. کار تجربی اخیر بروی مجموعه پره‌های افقی و عمودی با جابجایی آزاد توسط Staner Mcmanus، wellingو woodhinge ، Harahapو Mcmanus ، … صورت گرفته است.
انتقال حرارت تشعشع نقش مهمی درانتقال حرارت مجموعه پره‌ها بازی می‌کند. Chaddock , Edwards نشان دادند که انتقال حرارت بوسیله تشعشع از پره‌های استوانه‌ای با ضریب صدور سطح ۹۹/۰ حدوداً یک سوم انتقال حرارت کل محاسبه شده است. chaddok متوجه شد که انتقال حرارت بوسیله تشعشع پره با جنس آلومینیوم صیقل داده شده در حدود ۲۰%-۱۰ انتقال حرارت کل را شامل می‌شود .
Sparrow و Acharya یک مقاله بروی جابجایی طبیعی پره با حل معین شده غیر یکنواخت با ضریب انتقال حرارت متغیر ارائه کرده‌اند. یک تحلیل رسانایی و جابجایی برای پره با صفحه عمودی انجام شده است و آنها نشان داده‌اند که ضریب انتقال حرارت محلی در اول کم می‌شود و به یک حداقلی می‌رسد و سپس با افزایش فاصله خطوط جریان پایین افزایش می یابد. Sukhatme مشاهده کرد که با افزایش درعدد گراشف انتقال حرارت جابجایی افزایش یافته و انتقال حرارت تشعشع کاهش می‌یابد.Manzoor et al. تلفات انتقال بوسیله جابجایی و تشعشع از پره‌های یک بعدی و دوبعدی را تحلیل کرد. parrow and vemuri آزمایش‌هایی که با فین های سوزنی افقی با تراکم بالا ثابت شده بر یک صفحه پایه عمودی را بررسی کرده‌اند. سپس آنها روی تأثیر جهت‌دهی پره‌ها تخمین و انتقال حرارت تشعشع پره با دمای ثابت را مطالعه کردند.
Aihara et al. آزمایش‌هایی را بروی مجموعه پره سوزنی با صفحه پایه عمودی همراه توزیع سرعت اطراف آنها انجام داده‌اند. تخمین‌های تشعشعی بدست آمده با ضریب صدور شفاف بنا شده‌اند.
Zagrofos, Edward یک مجموعه پره‌ سوزنی را بهتر از یک مجموعه پره صفحه‌ای تحت شرایط یکسان اجرا کرده اند. Sunil Reddy , Sobhan یک فین مستطیلی با یک خط منبع در صفحه پایه رامطالعه کرده اند. عکس‌العمل جابجایی آزاد با تشعشع و رسانایی در یک شکاف طور عددی بوسیله Balaji,Venkateshan مطالعه شده است.Rao , Venkateshan یک آزمایش‌هایی را بروی مجموعه پره افقی بلند داده اند. بعلاوه زمانی که افزایش در انتقال حرارت تشعشعی بطور غیر خطی متمایل میشود. انتقال حرارت جابجایی بطور خطی با فاصله بین پره‌ها افزایش می یابد.Lina , Leela با بکار بردن قانون دوم با یک مجموعه پره سوزنی تحت جریان گذرنده مشاهده کردند با افزایش درسرعت جریان نرخ انتقال حرارت افزایش خواهد یافت و از این رو برگشت ‌ناپذیری انتقال حرارت را کاهش می‌دهد.Abramazon یک بحث بروی تخمین انتقال حرارت تشعشع از مجموعه‌ پره‌های مستطیلی، که درآنجا انتقال حرارت تشعشع ۲۰% از انتقال حرارت کل را شامل می‌شود را ارائه کردند. Yancu , Anbar آزمایشهایی را با تعداد مختلف پره‌ها بروی یک صفحه پایه افقی با عرض mm250 را انجام داده‌اند و با کاهش فضای بین پره‌ها افزایش تعداد پره‌ها را منجر خواهد شد.
آنها متوجه شدند که برای یک اختلاف مشخص دمای محیط بادمای پایه، با یک ارتفاع مشخص پره و فاصله مشخص بین پره نرخ انتقال حرارت از مجموعه پره ماکزیمم خواهد شد.de lieto Vollari et al. ترکیب بهینه فین‌ مستطیلی با یک صفحه پایه عمودی را بررسی کرده‌اند. Baskaya et al. معادلات بیضوی حاکم سه بعدی برای مجموعه پره مستطیلی افقی بوسیله حجم محدود با کدهای CFD را حل نموده‌است. آنها تأثیر فضای بین پره‌ها، ارتفاع پره‌ها، طول ودمای روی مجموعه پره‌ها را بررسی کرده‌اند. Guvenc ,Yancu یک بررسی آزمایشگاهی بروی مجموعه‌ پره‌ها انجام داده‌اند و متوجه شده‌اند که افزایش بیشتر انتقال حرارت با صفحه‌ی پایه‌ای عمودی بیشتر از صفحه پایه‌ای افقی بدست می‌آید.Chiu , Chen از روش تجزیه کردن Adomain استفاده کرد تا توزیع دما در طول یک پره همراه با تشعشع و جابجایی را تعیین کنند، در این پره متغیر بودن رسانایی حرارتی که تابع انتقال حرارت جابجایی می‌ِشود مدنظر قرار گرفته شده است.Dayan et al یک مطالعه آزمایشگاهی و تحلیلی برای مجموعه پره داغ با سطح روپایین انجام داده‌اند. آنها تأثیرات طول پره، فضای بین پره ودمای سطح رابررسی کرده و بطور عمده تأثیر ضریب انتقال حرارت با ارتفاع پره مقایسه شده است.او همچنین نشان داده که فضای بهینه بین پره‌ها دریک رنج کوچکی تغییر می‌کند که بطور زیاد به طول مجموعه وابسته می‌باشد. که می‌تواند هر دو پره مجاور در یک مجموعه پره با محفظه مشاهده شود. بطور قرینه یک حل تئوری برای انتقال حرارت جابجایی طبیعی در یک محفظه‌ با محیط متخلل و غیر متخلل بررسی کرده اند. در بررسی های بالا، معادلات ممنتوم و جرم با بالانس انرژی برای سیال بکار گرفته شده‌اند.
در یک تحقیق فقط بعضی موارد در مجموعه پره‌های افقی مورد مطالعه قرار گرفته است. به عنوان مثال مطالعه بر روی یک مجموعه پره افقی فقط با انتقال حرارت جابجایی طبیعی را بررسی شده است. و حالت تشعشعی انتقال حرارت بحساب نیامده است. بعلاوه حوزه محاسباتی در مطالعات شامل یک پره منفرد و نصف فاصله میانی می‌باشد. بنابراین پره یا پره‌های مجاور در نظر گرفته نشده است.در مطالعات آزمایشگاهی تأثیر پره‌های مجاور در انتقال حرارت بررسی شده‌اند. این مورد همچنین بوسیله و داده‌های آزمایشگاهی شناسایی شده است، که متوجه شد‌اند نرخ انتقال حرارت از پره های انتهایی در مقایسه با پره‌های داخلی مجموعه پره ۴تایی بیشتر است. این مشاهدات به مؤلفان برای بررسی انتقال حرارت به سیال در یک محفظه بسته با یک مجموعه پره و همچنین شامل شدن حالت تشعشعی انتقال حرارت در تحلیلات را رسانده شده است.V.Dharma Rao , S.V.Naidu ,B.Govind Rao K.V.Sharma مسئله انتقال حرارت جابجایی و تشعشع از یک مجموعه پره افقی بطور تئوری و با در نظر گرفتن پره‌های داخلی مجاور هم در محفظه دوتایی بررسی کرده‌اند.
در این پایان‌نامه انتقال حرارت از یک مجموعه پره مثلثی با درنظر گرفتن حالت جابجایی آزاد و انتقال حرارت تشعشعی بررسی و فرمول بندی شده است و به کمک نرم افزار تحلیل و ابعاد بهینه پیشنهاد شده است.

این پایان نامه با آیین نامه نحوه نگارش و تدوین پایان نامه تهیه شده و آماده ارائه میباشد.