پایان نامه مقادیر لزجت در سیالات مختلف، مهندسی برق
عنوان پروژه: پایان نامه مقادیر لزجت در سیالات مختلف، مهندسی برق
رشته: مهندسی برق،پروژه تحقیقاتی دوره کارشناسی
فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات: ۲۶۰
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه
۱-۱ جدایش جریان
۱-۲ نحوه تشکیل و پخش گردابه
۱-۳ کاربرد جریان¬بندها در مهندسی
فصل دوم: مروری بر فعالیت¬های تحقیقاتی گذشته
۲-۱ مقدمه
۲-۲ هندسه یک سیلندری در جریان آرام
۲-۳ هندسه یک سیلندری در جریان مغشوش
۲-۴ هندسه چند سیلندری در جریان آرام
۲-۵ هندسه چند سیلندری در جریان مغشوش
فصل سوم: بیان مسأله مورد نظر و معادلات حاکم بر آن
۳-۱ طرح مسأله فعلی و جایگاه آن
۳-۲ هندسه مسأله
۳-۳ معادلات حاکم در جریان آرام
۳-۳-۱ میدان جریان سیال
۳-۳-۲ میدان دما و انتقال حرارت .
۳-۴ معادلات حاکم در جریان مغشوش
۳-۴-۱ میدان جریان سیال و دما
۳-۵ جمع¬بندی معادلات
۳-۶ روش حل مسأله
۳-۷ شرایط مرزی و نحوه اعمال آنها
۳-۷-۱ مقدمه
۳-۷-۲ شرط مرزی ورودی
۳-۷-۳ شرط مرزی خروجی
۳-۷-۴ شرط مرزی دیوار
۳-۷-۵ شرط مرزی تقارن
فصل چهارم: نتایج جریان آرام
۴-۱ مقدمه
۴-۲ مقایسه نتایج بدست آمده برای هندسه یک سیلندری با نتایج موجود
۴-۳ مطالعه شبکه
۴-۴ مطالعه نسبت انسداد
۴-۵ تحلیل نتایج رژیم جریان آرام
۴-۵-۱ تحلیل نتایج جریان سیال برای فاصله بین سیلندری ثابت G=5
۴-۵-۲ تحلیل نتایج جریان سیال برای فواصل بین سیلندری مختلف
۴-۵-۳ تحلیل نتایج انتقال حرارت و میدان دما
فصل پنجم: نتایج جریان مغشوش
۵-۱ مقدمه
۵-۲ تحلیل نتایج بدست آمده برای جریان سیال
۵-۳ تحلیل نتایج میدان دما و انتقال حرارت
جمع¬بندی نتایج و ارائه پیشنهادات
پیوستها
پیوست الف: متن کامل مقاله ارائه شده در دهمین کنفرانس دینامیک شاره ها
پیوست ب: متن کامل مقاله پذیرفته شده جهت ارائه در کنفرانسISME2007
پیوست ج: استخراج معادلات حاکم بر جریان و نحوه بی¬بعد کردن آنها
پیوست د: محاسبه مشتق اول با دقت مرتبه دوم در یک نقطه در شبکه غیر یکنواخت
فهرست منابع
فهرست جداول
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
فصل دوم: مروری بر فعالیت¬های تحقیقاتی گذشته
جدول ۲-۱ تأثیر فاصله پایین¬دست سیلندر در رینولدز ۱۰۰ و نسبت انسداد ۷%
جدول ۲-۲ مقایسه نتایج حاصل از استفاده از شرط مرزی خروجی مختلف
جدول ۲-۳ مقایسه نتایج بدست آمده برای سیلندرهایی با نسبت منظرهای متفاوت
فصل سوم: بیان مسأله مورد نظر و معادلات حاکم بر آن
جدول ۳-۱ مقادیر بی¬بعد ابعاد هندسی
جدول ۳-۲ ترم¬های مختلف معادلات بی بعد شده جاکم بر مسأله
فصل چهارم: نتایج جریان آرام
جدول ۴-۱ مقایسه نتایج بدست آمده از شبکه¬بندی¬هایی متفاوت در نسبت انسداد۱۰% .
جدول ۴-۲ مقایسه نتایج بدست آمده از شبکه¬بندی¬هایی متفاوت در نسبت انسداد ۵%
جدول ۴-۳ مقایسه نتایج بدست آمده پارامترهای جریان در نسبت انسدادهای مختلف
جدول ۴-۴ مقایسه نتایج بدست آمده عدد نوسلت سیلندرها در نسبت انسدادهای مختلف
جدول ۴-۵ مقادیر پارامترهای مختلف جریان در اعداد رینولدز متفاوت برای G=5
جدول ۴-۶ پارامترهای مختلف محاسبه شده جریان در فواصل بین سیلندری مختلف
جدول ۴-۷ مقادیر محاسبه شده عدد نوسلت سیلندرها در فواصل بین سیلندری مختلف
فصل پنجم: نتایج جریان مغشوش
جدول ۵-۱ مقادیر عدد نوسلت وجوه مختلف سیلندرها در اعداد رینولدز متفاوت
مقدمه
۱-۱ جدایش جریان
محدوده مقادیر لزجت در سیالات مختلف بسیار وسیع است. مثلاً لزجت هوا در فشارها و درجه حرارت¬های معمول، نسبتاً کوچک است. این مقدار کوچک لزجت در بعضی شرایط، نقش مهمی در توصیف رفتار جریان ایفا می¬کند. یکی از اثرات مهم لزجت سیالات در تشکیل لایه¬ مرزی است.
جریان سیالی که بر روی یک سطح صاف و ثابت حرکت می¬کند را در نظر بگیرید. به تجربه ثابت شده است که سیال در تماس با سطح به آن می¬¬چسبد (شرط عدم لغزش ). این پدیده باعث می¬شود که حرکت سیال در یک لایه نزدیک به سطح کند شود و ناحیه¬ای به ¬نام لایه ¬¬¬مرزی بوجود می¬آید. در داخل لایه مرزی سرعت سیال از مقدار صفر در سطح به مقدار کامل خود افزایش می¬یابد، که معادل سرعت جریان در خارج از این لایه است. بعبارت دیگر، در لایه ¬مرزی سرعت افقی در امتداد عمود بر سطح تغییر می¬کند، که این تغییرات در نزدیکی سطح بسیار شدید است. یک نمونه از توزیع سرعت در لایه مرزی تشکیل شده بر روی سطح یک جسم در شکل ۱-۱ نشان داده شده است.
نتایج مهم ارائه شده در فصل پنجم را میتوان بصورت زیر خلاصه نمود:
۱- در جریانهای آشفته کمیت¬های کلی جریان از جمله RMS ضرایب نیروها و مقادیر ضریب پسای سیلندرها و عدد استوروهال برای اعداد تقریباً ثابت باقی می¬ماند.
۲- در فاصله بین سیلندری خاص بعلت تغییر الگوی جریان فضای بین سیلندری پارامترهای مختلف جریان دچار تغییر شدید می¬شوند.
۳- افزایش عدد رینولدز تأثیر ناچیزی بر توزیع فشار اطراف سیلندر بالادست و وجوه بالایی و پایینی سیلندر پایین¬دست داشته این در حالی است که فشار بر وجه جلویی سیلندر پایین دست را کاهش و وجه پشتی آن را افزایش می¬دهد.
۴- افزایش فاصله بین سیلندری موجب افزایش RMS نیروها، افزایش ضریب پسای سیلندرها و افزایش عدد استوروهال می¬شود.
۵- افزایش عدد رینولدز عد نوسلت سیلندر بالادست را همواره افزایش می¬دهد این در حالی است که برای مقدار عدد نوسلت سیلندر پایین¬دست تغییر چندانی نمی¬کند.
پیشنهادات:
در تحقیق حاضر بصورت عددی به مطالعه و بررسی جریان سیال و انتقال حرارت اطراف دو سیلندر مربعی پشت سرهم در محدوده اعداد رینولدز Re=35-105 و عدد پرانتل Pr=0.71 برای فواصل بین سیلندری G=1,2,3,4,5 پرداخته شده است. در محدوده جریان مغشوش با استفاده از مدل توربولانسی - به حل مسأله پرداخته شده است. در ادامه تکمیل موضوعات مرتبط با هدف تحقیق حاضر می¬توان به بررسی¬های زیر پرداخت:
۱- تحلیل مسأله بصورت سه بعدی
۲- چیدمان¬هایی متفاوت با حالات در نظر گرفته شده سیلندرها در تحقیق حاضر
۳- حل مسأله در کانال و نسبت انسدادهای متفاوت
۴- حل مسأله در محدوده اعداد رینولدز متفاوت
۵- استفاده از شرط مرزی شار حرارتی ثابت برای سیلندرها
۶- استفاده از مدل¬های توربولانسی -,-,… در محدوده جریان¬های مغشوش
۷- مطالعه تأثیر تغییر زاویه سیلندرها بر رفتار جریان
ضمناً یادآور می¬شود که موارد ۳،۲ و ۷ توسط نویسنده این تحقیق در دست اقدام است.
فهرست منابع
[۱] نادر نبهانی، مکانیک سیالات، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، مؤسسه انتشارات علمی، ۱۳۸۰
[۲] محمود یحیایی، اثر باد بر سازه ها به انضمام آیین نامه باد ASCE-1996، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، ۱۳۷۸
[۳] E. Simiu and R.H. Scanlan, Wind effect on structures, 3th edition, Wiley Interscience,
New York, 1996
[۴] V. Strouhal, Über eine besondere Art der Tonerregung, Ann. Physik und Chemie, Neue
Folge, vol. 5, pp.216-251, 1878.
[۵] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Numerical Simulaion of Unsteady Flow
Around a Square Two-Dimensional Cylinder, In. Proc. 12th Australasian Fluid Mechanics
Conference, R.W.Bilger (Ed.),pp.517-520, The University of Sydney, Australia,
Dec.1995.
[۶] K. M.Kelkar and E. F. Patankar, Numerival Prediction of Vortex Shedding behind a
Square Cylinder, Int. J. Numer. Meth. In Fluids, vol. 14, page 327, 1992.
[۷] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Numerical Simulaion of Unsteady Flow
around Rectangular Cylinders at Incidence, J. of Wind Eng. Ind. Aerodyn., vol.69-71, pp.
۱۸۹-۲۰۱, ۱۹۹۷
[۸] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Low-Reynolds-Number Flow aroud a Square
Cylinder at Incidence:Study of Blockage,Onset of Vortex Shedding and Outlet Boundary
Condition, Int. J. for Numer. Meth. In Fluids, vol.26, pp.39-56, 1998.
[۹] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Numerical Simulation of Flow past a Square
Cylinder, 3rd ASME/JSME Joint Fluids Eng. Conference, San Francisco, California,
USA, July 1999.
[۱۰] B.S.V. Patnaik, P.A.A. Narayana and K.N. Seetharamu, Finite Element Simulation of
Transient Laminar Flow Past a Circular Cylinder and Two Cylinders in Tandem
Influence of Buoyancy, Int. J. Numer. Methods for Heat and Fluid Flow, vol. 10, No. 6, pp. 560-580, 2000.
[۱۱] A.Sohankar, A Numerical Investigation of the Unsteady Wake Flow of Circular
Cylinders, 10th Annual Int. Mech. Eng. Conference, knt uni., Tehran, Iran, 2002.
[۱۲] A. Sharma and V. Eswaran, Heat and Fluid Flow Across a Square Cylinder in the Two-Dimensional Laminar Flow Regime, Numer. Heat Transfer, Part A, vol. 45, pp. 247-269, 2004.
[۱۳] L. Zhou, M. Cheng and K.C. Hung, Suppression of Fluid Force on a Square Cylinder by Flow Control, J. of Fluids and Structures, vol. 21, pp. 151-167, 2005.
[۱۴] A. Wietrzak and D. Poulikakos, Turbulent Forsed Convective Cooling of Microelectronic Devices, Int. J. Heat and Fluid Flow, vol. 11, No. 2, June 1990.
[۱۵] G. Bosch and W. Rodi, Simulation of Vortex Shedding past a Square Cylinder Near a Wall, Int. J. Heat and Fluid Flow, vol. 17, pp. 267-275, 1996.
[۱۶] G. Bosch and W. Rodi, Simulation of Vortex Shedding past a Square Cylinder with Different Turbulence Models, Int. J. for Numer. Meth. in Fluids, vol. 28, pp.601-616, 1998.
[۱۷] A. Sohankar, L. Davidson and C .Norberg, A Dynamic one Equation Subgrid Model for Simulation of Flow around a Square Cylinder, Eng. Turbulence Modelling and Experiments, vol.4, pp.227-236, 1999.
[۱۸] A. Valencia and C. Orellana, Simulation of Turbulent Flow and Heat Transfer around Rectangular Bars, Int. Comm. Heat Mass Transfer, vol.26, No.6, pp.869-878, 1999.
[۱۹] E.R. Meinders and K. Hanjalić, Vortex Structure and Heat Transfer in Turbulent Flow over a Wall-Mounted Matrix of Cubes, Int. J. of Heat and Fluid Flow, vol. 20, pp. 255-267, 1999.
[۲۰] Jerry M. Chen and Chia-Hung Liu, Vortex Shedding and Surface Pressures on a Square Cylinder at Incidence to a Uniform Air Stream, Int. J. of Heat and Fluid Flow, vol. 20, pp. 592-597, 1999.
[۲۱] Tetsuro Tamura and Tetsuya Miyagi, The Effect of Turbulence on Aerodynamic Forces on a Square Cylinder with Various Corner Shapes, J. Wind Eng. Ind. Aeridy. , vol. 83, pp. 135-145, 1999.
[۲۲] M. Matsumoto, Vortex Shedding of Bluff Bodies:A Review, J. Fluid and Structures, vol. 13, pp. 791-811, 1999.
[۲۳] Alvaro Valencia, Turbulent Flow and Heat Transfer in a Channel with a Square Bar Detached from the Wall, Numerical Heat Transfer, Part A, vol. 37, pp. 289-306, 2000,
[۲۴] A. Sohankar, L. Davidon and C. Norberg, Large Eddy Simulation of Flow Past a Square Cylinder:Comparison of Different Subgrid Scale Model, Journal of Fluids Engineering, vol. 122, 39-47, 2000.
[۲۵] C. Norberg, Flow Around a Circular Cylinder:Aspects of Fluctuating Lift, Journal of Fluids and Structures, vol. 15, pp.459-469, 2001.
[۲۶] Günter Schewe, Reynolds-Number Effects in Flow Around more-or less Bluff Bodies, J. Wind Eng. Ind. Aerody. , vol. 89, pp. 1267-1289, 2001.
[۲۷] K. Shimada and T. Ishihara, Application of a Modified κ – ε Model to the Prediction of Aerodynamic Charateristics of Rectangular Cross-Section Cylinders, Journal of Fluids and Structurs, vol. 16, pp. 465-485, 2002.
[۲۸] M. Sarioglu and T. Yavuz, Subcritical Flow Around Bluff Bodies, AIAA, vol. 40, No. 7, pp.1257-1268, 2002.
[۲۹] Md. Mahbub Alam, H. Sakamoto and M. Moriya, Reduction of Fluid Forces Acting on a Single Circular Cylinder and Two Circular Cylinders By Using Tripping Rods, Journal of Fluids and Structures, vol. 18, pp. 347-366, 2003.
[۳۰] C. Norberg, Fluctuating Lift on a Circular Cylinder:Review and New Measurements, Journal of Fluids and Structures, vol. 17, pp. 57-96, 2003.
[۳۱] Do-Hyeong Kim, Kyung-Soo Yang and Mamoru Senda, Large Eddy Simulation of Turbulent Flow Past a Square Cylinder Confined an a Channel, Computers & Fluids, vol. 33, pp. 81-96, 2004.
[۳۲] A. Sohankar, Flow Over a Bluff Body from Moderate to High Reynolds Nimbers Using Large Eddy Simulation, Computers & Fluids, 2005.
[۳۳] K. Tatsutani, R. Devarakonda and J. A. C. Humphrey, Unsteady Flow and Heat Transfer for Cylinder Pairs in a Channel, Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 13, No. 13, pp. 3311-3328, 1993.
[۳۴] A. Valencia, Unsteady Flow and Heat Transfer in a Channel with a built-in Tandem of Rectangular Cylinders, Numer. Heat Transfer, Part A, vol. 26, pp. 613-623, 1996.
[۳۵] A. Valencia, Numerical Study of Self-Sustained Oscillatory Flows and Heat Transfer in Channels with a Tandem of Transverse Vortex Generators, Heat and Mass Transfer, vol. 33, pp.465-470, 1998.
[۳۶] J.R. Meneghini, F. Saltara, C.L.R. Siqueira and J.A. Ferrari Jr, Numerical Simulation of Flow Interference Between Two Circular Cylinders in Tandem and Side-By-Side Arrangements, Journal of Fluids and Structures, vol. 15, pp. 327-350, 2001.
[۳۷] J. L. Rosales, A. Ortega and J. A. C. Humphrey, A Numerical Simulation of the Convective Heat Transfer in Confined Channel Flow past Square Cylinders: Comparison of Inline and Offset Tandem Pairs, Int. J. of Heat and Mass Transfer, vol. 44, pp. 587-603, 2001.
[۳۸] J. Mizushima and T. Akinaga, Vortex Shedding from a Row of Square Bars, Fluid Dynamics Research, vol. 32, pp. 179-191, 2003.
[۳۹] A. Agrawal, L. Djenidi and R.A. Antonia, Investigation of Flow Around a Pair of Side-By-Side Square Cylinders using the Lattice Boltzmann Method, Computers & Fluids, vol.XX, pp. XXX-XXX, 2005.
[۴۰] B. Sharman, F.S. Lien, L. Davidson and C. Norberg, Numerical Predictions of Low Reynolds Number Flows Over Two Tandem Circular Cylinders, Int. J. Numer. Meth. Fluids, vol. 47, pp. 423-447, 2005.
[۴۱] G.X. Wu and Z.Z. Hu, Numerical Simulation of Viscous Flow Around Unrestrained Cylinders, Journal of Fluid and Structures, vol. 22, pp. 371-390, 2006.
[۴۲] P. T. Y. Wong, N. W. M. Ko and A. Y. W. Chiu, Flow Characterisics around Two Parallel Adjacent Square Cylinders of Different Sizes, J. of Wind Eng. Ind. Aerodyn., vols.54/55, pp.263-275, 1995.
[۴۳] J. Alvarez, M. Pap and A. Valencia, Turbulent Heat Transfer in a Channel with Bars in Tandem and in side by side arrangements, Int. J. of Numer. Meth. For Heat & Fluid Flow, vol. 10, No. 8, pp.877-895, 2000.
[۴۴] B. Niceno, A. D. T. Dronkers and K. Hanjalic, Turbulent Heat Transfer from a multi-layered wall-mounted Cube Matrix:a Lage Eddy Simulation, Int. J. of Heat and Fluid Flow, vol.23, pp.173-185, 2002.
[۴۵] A. Valencia and M.Cid, Turbulent Unsteady Flow and Heat Transfer in Channels with Periodically Mounted Square Bars, Int. J. of Heat and Mass Transfer, vol. 45, pp.1661-1673, 2002.
[۴۶] J.C. Lin, Y. Yang and D. Rockwell, Flow Past Two Cylinders in Tandem:Instantaneous and Averaged Flow Structure, Journal of Fluids and Structures, vol. 16, No. 8, pp. 1059-1071, 2002.
[۴۷] Chia-Hung Liu and Jerry M. Chen, Observation of Hysteresis in Flow around Two Square Cylinders in a Tandem Arrangement, J. of Wnd Eng. Ind. Aerodyn., vol. 90, pp. 1019-1050, 2002.
[۴۸] Md. Mahbub Alam, M. Moriya, K. Takai and H. Sakamoto, Suppression of Fluid Forces Acting on Two Square Prismes in a Tandem Arrangement by Passive Control of Flow, Journal of Fluids and Structures, vol.16, No. 8, pp. 1073-1092, 2002.
[۴۹] Md. Mahbub Alam, M. Moriya and H. Sakamoto, Aerodynamic Characteristics of Two Side-By-Side Circular Cylinders and Application of Wavelet Analysis on the Switching Phenomenon, Journal of Fluids and Structures, vol. 18, pp. 325-346, 2003.
[۵۰] Md. Mahbub Alam, M. Moriya, K. Takai and H. Sakamoto, Fluctuating Fluid Forces Acting on Two Circular Cylinders in a Tandem Arrangement at a Subcritical Reynolds Number, J. Wind Eng. Ind. Aerody., vol. 91, pp. 139-154, 2003.
[۵۱] Md. Mahbub Alam and H. Sakamoto, Investigation of Strouhal Frequencies of Two Staggered Bluff Bodies and Detection of Multistable Flow by Wavelets, Journal of Fluids and Structures, vol. 20, pp. 425-449, 2005.
[۵۲] Md. Mahbub Alam, H. Sakamoto and Y. Zhou, Determination of Flow Configurations and Fluid Forces Action on Two Staggered Circilar Cylinders of Equal Diameter in Cross-Flow, Journal of Fluids and Structures, vol. 21, pp. 363-394, 2005.
[۵۳] Md. Mahbub Alam, H. Sakamoto and Y. Zhou, Effect of T-Shaped Plate on Reduction in Fluid Forces on Two Tandem Cylinders in a Cross-Flow, J. Wind Eng. Ind. Aerody., vol. 94, pp. 525-551, 2006.
[۵۴] David C. Wilcox, Turbulence Modeling for CFD, Griffin Printing, Glendale, California, 1993.
[۵۵] W. Jones and B. Launder, The Prediction of Laminarization with a Two-Equation Model of Turbulence, Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 15, pp. 301-314, 1972.
[۵۶] S.V. Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, McGraw-Hill, New York, 1980
[۵۷] Versteeg and Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics,
[۵۸] J.E. Thompson, Z.U.A. Warsi and C.W. Mastin, Numerical Grid Generation, Foundation and Applications, Notrh-Holland, 1985
[۵۹] D.B. Spalding, A General Purpose Computer Program for Multi-Dimensional One- and Two-phase Flow, Mathematics and Computers in Simulation, IAMCS, XX111, pp. 267, 1981.
[۶۰] C.L.V. Jayatillaka, Progr. In Heat Mass Transfer, vol. 1, pp. 193, 1969.
[۶۱] J. Robichaux, S. Balachandar and S.P. Vanka, Three-Dimensional Floquet Instability of the Wake of Square Cylinder, Phys. Fluids, vol. 11, pp. 560-578, 1999.
[۶۲] Y. Shimizu and Y. Tanida, Fluid Forces Acting on Cylinders of Rectangular Cross Section, Trans. Jpn. Soc. Mech. Eng. B, vol. 44, pp. 2699-2706, 1978
[۶۳] R. Franke, W. Rodi and B. Schönung, Numerical Calculation of Vortex Shedding Flow past Cylinders, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., vol. 35, pp. 237-257, 1990
دیدگاه ها