Skip to main content
SUPERVISOR
مهدی نیلی احمدآبادی (استاد راهنما) محمود نوروزی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali Minaeian
علی مینائیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Numerical Investigation of Forced Convection Heat Transfer and Flow Structures of a Viscoelastic Fluid Passing over a Cylinder
This study numerically investigates forced convection heat transfer of a viscoelastic fluid around a cylinder in steady and unsteady regimes in presence of viscous dissipation, using finite volume method. The Phan-Thien–Tanner (PTT) model describes the viscoelastic behavior of the viscoelastic fluid. To avoid divergence and stabilize the numerical process in high elastic cases, the log-conformation approach proposed by previous researchers is used. The Nusselt number (Nu) was monotonically increased with increasing elasticity number (El), retardation ratio, Prandtl number (Pr), and Brinkman number (Br) in a wide range. Both drag reduction and drag enhancement are seen in the numerical results. The effect of consideration of temperature-dependent properties on the results was investigated. Results show that the elastic forces made the vortices behind the cylinder smaller, and stronger. In addition, the elasticity delays the three-dimensional instabilities in cylinder axis direction. Finally, the effects of El,model parameters, Pr, and Br on the distribution of stress components, velocity and temperature distributions, Nu, shedding frequency, and drag and lift coefficients, are investigated separately and physical discussion is presented. Key Words: forced-convection, heat transfer, viscoelastic fluid, non-Newtonian, PTT, cylinder, numerical simulation
در این پژوهش به بررسی عددی و تجربی جریان و انتقال حرارت جابجایی اجباری غیر پایای سیال ویسکوالاستیک حول استوانه‌ای با مقطع دایره پرداخته شده است. تحلیل عددی با توسعه حل گر رئوفوم از کد منبع باز اپن فوم و به روش حجم محدود انجام شده است. سیال ویسکوالاستیک در تمامی مراحل یک سیال تراکم ناپذیر و جریان دوبعدی در نظر گرفته شده است. به منظور جلوگیری از واگرایی عددی در حل عددی جریان سیال ویسکوالاستیک به‌خصوص در اعداد الاستیسیته بالا، از نگاشت لگاریتمی استفاده شده است. مدل فن-تین-تنر (PTT) با دو پارامتر مدل به‌عنوان یکی از دقیق‌ترین مدل‌های ارائه‌شده برای توصیف رفتار سیال ویسکوالاستیک به‌کاررفته است. نتایج تحقیق حاضر دارای سه بخش کلی ارائه شده است: ملاحظات عددی حل جریان سیال ویسکوالاستیک، بررسی جریان و انتقال حرارت جابجایی اجباری‌ در دو رژیم مختلف پایا و ناپایا و نتایج آزمایش های تجربی. نتایج این تحقیق نشان می دهد که تغییرات لزجت و زمان رهایی از تنش با دما بیش از سایر خواص سیال بر پارامترهای هیدرودینامیکی و حرارتی موثر است. سه رژیم افزایش ضریب پسا، کاهش ضریب پسا و رژیم پسای ثابت در اعداد الاستیسیته مختلف مشاهده شده است. اثر رقیق شوندگی با افزایش عدد الاستیسیته (El) و نسبت لزجت (بتا) بر تغییرات تنش برشی و ضرایب پسای متناظر با آن مطالعه شده است. در مطالعه تغییرات نرخ انتقال حرارت با الاستیسیتی این نتیجه بدست آمد که به طورکلی الاستیسیتی از دو روش بر انتقال حرارت اثر گذار است: افزایش سرعت و تقویت مکانیزم جابجایی اجباری (روش غیرمستقیم) و تلفات لزج (روش مستقیم) افزایش El،بتا و پارامتر لغزش (زتا) عدد ناسلت (Nu) را از طریق مکانیزم غیر مستقیم افزایش می دهند. درحالی‌که سرعت با افزایش پارامتر اول مدل PTT (اپسیولن) کاهش می یابد و این موجب ضعیف شدن مکانیزم جابجایی اجباری می شود، ولی تلفات لزج بر این مکانیزم غلبه کرده و موجب افزایش Nu می شود. عدد ناسلت با افزایش عدد الاستیسیته به طور یکنوا در رژیم پایا تا 48% و در رژیم ناپایا تا 2/52% افزایش یافته است. عدد رینولدز بحرانی (Re_c) که در آن ریزش گردابه شروع می¬شود، برای سیال ویسکوالاستیک مورد بررسی Re_c=25 به دست آمده است. در این رژیم اثرات الاستیک در بازه ای تضعیف‌کننده ریزش گردابه و در بازه ای دیگر تقویت کننده اند. تحلیل سه بعدی جریان نشان می دهد که الاستیسیته ناپایداری-های در راستای محور استوانه را به تاخیر می اندازد. در نهایت جریان حول استوانه قرارگرفته در یک کانال سه بعدی به روش سرعت سنجی تصویر ذرات اندازه گیری شده و با حل عددی مقایسه شده است. با استفاده از داده های به دست آمده از حل عددی روابطی برای تغییرات ضریب پسا در دو رژیم پایا و ناپایا، عدد ناسلت و عدد استروهال بدست آمده است. اثر پارامترهای مختلف مانند Re، El، اپسیلون، بتا، زتا، اعداد پرانتل (Pr) و برینکمن (Br) بر نتایج مورد بررسی قرارگرفته است. در هر مرحله توزیع مؤلفه‌های تنسور تنش، ضریب پسا، ضریب برآ و سرعت و دما حول استوانه رسم شده و اثر پارامترهای فوق موردبحث و بررسی فیزیکی قرارگرفته‌اند. کلمات کلیدی: 1- جابجایی اجباری 2- سیال ویسکوالاستیک 3- مدل PTT 4- استوانه 5- PIV

ارتقاء امنیت وب با وف بومی