Skip to main content
SUPERVISOR
Nili ahmadabadi Mehdi,Mohsen Saghafian,Mohamad Reza Tavakoli nejad
مهدی نیلی احمدآبادی (استاد راهنما) محسن ثقفیان (استاد مشاور) محمدرضا توکلی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Alireza Ansari
علیرضا انصاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Parametric Study of Free Convective Flow and Heat Transfer around a Horizontal Heated Circular Cylinder Inside a Vertical Channel using PIV Technique
Free convection phenomenon from a heated circular cylinder is commonly seen in the industry. For this case it can be noted to heat transfer from power transmission lines, heat exchangers and heat transfer from pipes. In this study, free convective flow and heat transfer from a heated circular cylinder inside a channel using PIV technique was investigated. In fact, by taking two vertically plates around the cylinder in the water, the free convective between the two plates is flowed. For different channel’s geometry the flow field patterns and surface temperature of the cylinder’s surface distribution are obtained and the aim is finding appropriate channel’s geometry to increase heat transfer from the cylinder. Geometric parameters of the study, including water level, channel width, length and angle of channel plates for convergent channel, divergent channel and convergent-divergent channel. Flow field pattern is obtained by PIV technique and the cylinder surface temperature is measured by thermocouples. In each case, by changing the mentioned parameters, flow rate at the top of the cylinder, surface temperature of the cylinder ,total volume of fluid passing through the channel, the position of the vortex and uniform flow pattern within the channel, is discussed. A vortex formed alongside of the plume and rise to the free surface, where it detached from the plume structure and moved along the free surface. Vortex dynamics and the physical characteristics of the swaying and meandering motions appeared to be interdependent. The relationship between the flow pattern and the heat transfer characteristics at the cylinder surface is studied and the origin of the oscillation discussed. Diagram of flow velocity from cylinder and the cylinder surface temperature versus time, is plotted .By choosing appropriate geometry for the channel, flow around the cylinder and through the channel is well-formed and by increasing the flow velocity over the cylinder, the surface temperature of the cylinder decreased. At last, the heat transfer coefficient and the Nusselt number for cylinder surface in channels with suitable geometry are achieved and compared with the free convective flow from cylinder without channel. The results indicate increase in heat transfer coefficient for the cylinder surrounded with channel. According to the results, the appropriate geometry to increase the heat transfer, is convergent-divergent channel. In this case, comparing by the channel with vertical plates the Nusselt number and free convection heat transfer coefficient of the cylinder surface have increased 1.4%, and in comparison with the cylinder without channel they have increased 6.6%. The results are compared with valid experimental results and good agreement was observed. Keywords: Free convective flow, Heated circular cylinder, Nusselt number, PIV technique
جابجایی آزاد از روی استوانه‌ی افقی پدیده‌ای است که در صنعت به صورت گسترده مشاهده می‌شود. در این‌باره می‌توان به انتقال حرارت از سیم‌های انتقال برق، مبدل‌های حرارتی و انتقال حرارت از لوله‌ها اشاره کرد. در این پژوهش به بررسی تجربی جریان و انتقال حرارت ناشی از جابجایی آزاد از روی استوانه‌ی داغ افقی درون یک کانال پرداخته شده است. در واقع با قرار گرفتن دو صفحه به صورت عمودی در اطراف استوانه‌ای درون آب، جریان سیال ناشی از جابجایی آزاد، بین این دو صفحه برقرار می‌شود. الگوی میدان جریان و دمای سطح استوانه برای هندسه‌ی متفاوت کانال به دست آمده است و هدف یافتن هندسه‌ی مناسب کانال جهت افزایش انتقال حرارت از روی استوانه است. پارامترهای هندسی مورد مطالعه شامل ارتفاع سطح آب، عرض کانال، طول کانال و همچنین زاویه‌ی قرارگیری صفحات کانال به صورت کانال همگرا، کانال واگرا و کانال همگرا-واگرا می‌باشد. الگوی میدان جریان توسط تکنیک PIV به دست آمده و دمای سطح استوانه توسط ترموکوپل اندازه‌گیری شده است. در هر حالت با تغییر پارامترهای ذکر شده به بررسی سرعت جریان در بالای استوانه، دمای سطح استوانه، حجم کل سیال عبوری از داخل کانال، موقعیت تشکیل گردابه‌ها و الگوی جریان یکنواخت درون کانال، پرداخته شده است. نمودارهای سرعت جریان عبوری از روی استوانه و دمای سطح استوانه بر حسب زمان، رسم و با مقایسه‌ی این نمودارها، مناسب‌ترین هندسه‌ی کانال برای هدایت جریان از روی استوانه به دست آمده است. در کانال با هندسه‌ی مناسب، جریان به خوبی در اطراف استوانه و درون کانال شکل می‌گیرد و با افزایش سرعت جریان عبوری از روی استوانه، دمای سطح استوانه کاهش می‌یابد. در پایان، ضریب انتقال حرارت و عدد ناسلت برای سطح استوانه در حالت کانال با هندسه‌ی مناسب به دست آورده شده است و با حالت جریان جابجایی آزاد از روی استوانه‌ی بدون کانال، مقایسه شده است. نتایج به دست آمده حاکی از بهبود ضریب انتقال حرارت سطح استوانه با وجود کانال در اطراف استوانه است. طبق نتایج به دست آمده، هندسه‌ی مناسب برای افزایش انتقال حرارت، کانال همگرا-واگرا می‌باشد که در این حالت، عدد ناسلت و ضریب انتقال حرارت جابجایی آزاد سطح استوانه نسبت به حالت کانال با صفحات عمودی، 4/1 درصد و نسبت به حالت استوانه بدون کانال 6/6 درصد، افزایش داشته است. نتایج به دست آمده با نتایج معتبر تجربی، مقایسه و تطابق خوبی بین آنها مشاهده شده است. کلمات کلیدی: جریان جابجایی آزاد، استوانه‌ی داغ، عدد ناسلت، تکنیک PIV

ارتقاء امنیت وب با وف بومی