SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Mohsen Saghafian
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) محسن ثقفیان (استاد راهنما)
STUDENT
Hadis Kazemipour
حدیث کاظمی پور
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Numerical Investigation of Fluid Flow and Forced Convection Heat Transfer around One and Two Rotating Cylinders in Side-by-side Arrangement
The flow and forced convection heat transfer from one and two rotating circular cylinders in side by side arrangement is investigated numerically with an Over set grid method. In the case of one rotating cylinder, numerical simulations are performed at Reynolds numbers, Re , 100-1000 and non dimensional rotation rates, ?, varying from 0 to 6. The Prandtle number is taken to be 0.7 and 7. As ? increase, the flow and thermal field become stabilized and finally the vortex shedding completely suppresses beyond the critical rotation rate, ? I , that shows an increasing trend with Reynolds number. Further increase in rotation rates result in a second unsteady pattern beyond a critical rotation rate, ? II and the vortex shedding suppression is observed again beyond a third critical rotation rate, ? III and eventually, the flow and thermal field become steady. The second and third critical rotation rates show a decreasing pattern with Reynolds number. As ? increase, drag and lift coefficients decrease and increase respectively in all Reynolds numbers. The behavior of the time averaged Nusselt number shows a decreasing pattern with increasing rotation rate and increasing pattern with increasing Re and Pr numbers. In the case of two inward rotating cylinders, numerical simulations are performed at Reynolds numbers, Re , of 100, 200 and 500 and non dimensional rotation rates, ? , varying from 0 to 2. The spacing ratios, T/D , are 1.2, 1.8, 2.5 and 4 and the Prandtl number, Pr , has been taken to be 0.7 and 7. As ? increase, the flow and thermal field become stabilized and finally steady beyond the critical rotational speed, ? s , depending on the spacing ratio and Reynolds number. The value of ? s shows an increasing trend with increasing T/D for a fixed Reynolds number. For a fixed spacing ratio, as Re increases, the critical rotational speed increases. Regardless of the spacing ratio, drag and lift coefficients show a decreasing and increasing trend with increasing ? , respectively. The value of these coefficients shows no significant changes for different Reynolds numbers. As ? increases, Heat transfer from cylinders decreases for all the values of T/D and Re . The behavior of the time and surface averaged Nusselt number has the increasing pattern with increasing Reynolds and Prandtl number. In the case of two outward rotating cylinders, numerical simulations are performed at Reynolds numbers, Re , of 100 and non dimensional rotation rates, ? , varying from 0 to 5. The spacing ratios, T/D , are 1.8, 2.5 and 4 and the Prandtl number, Pr , has been taken to be 0.7 and 7. As ? increase, the flow and thermal field become stabilized and finally steady beyond the critical rotational speed, ? s , depending on the spacing ratio and Reynolds number. The value of ? s shows an decreasing trend with increasing T/D . Regardless of the spacing ratio, drag and lift coefficients show a decreasing and increasing trend with increasing ? , respectively. As ? increases, Heat transfer from cylinders decreases for all the values of T/D . The behavior of the time and surface averaged Nusselt number has the increasing pattern with increasing Prandtl number. Key Words : Rotating cylinders, Cross flow, Overset grid Method, Drag and lift coefficients, Vortex shedding suppression, Nusselt and Strouhal numbers.
در این پایاننامه جریان سیال و انتقال حرارت جابهجایی اجباری پیرامون یک استوانهی دوار، دو استوانهی دوار پهلوبهپهلو با دوران داخلی و دو استوانهی دوار پهلوبهپهلو با دوران خارجی با استفاده از روش عددی برهمنهی شبکهها حل میشود. هدف این مطالعه بررسی تاثیر پارمترهای عدد رینولدز، سرعت دورانی بیبعد، فاصلهی بیبعد و عدد پرانتل بر روی الگوی جریان و نرخ انتقال حرارت و پارامترهایی نظیر ضرایب متوسط نیرو، عدد استروهال، عدد نوسلت محلی و متوسط است. جریان مورد بررسی آرام و تراکمناپذیر است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که در هر سه حالت مورد بررسی ( یک استوانه، دو استوانهی درونگرد و دو استوانهی برونگرد) الگوی جریان و انتقال حرارت به شدت تحت تاثیر سرعت دوران استوانهها میباشد. جریان غیردائم بوده و با افزایش سرعت دورانی الگوی جریان و ریزش گردابه با توجه به دیگر پارامترهای جریان میتواند تغییر کند و یا ثابت بماند و در نهایت پس از یک سرعت دورانی بیبعد بحرانی، ریزش گردابه متوقف شده و جریان دائم مشاهده میشود. سرعت دورانی بحرانی بیبعد یک استوانهی دوار به عدد رینولدز وابسته بوده و برای دو استوانهی دوار علاوه بر عدد رینولدز، فاصلهی استوانهها و جهت دوران آنها بر این پارامتر تاثیر بهسزایی دارد. در جریان پیرامون یک استوانهی دوار، با افزایش سرعت دورانی بیبعد سه گذار مشاهده میشود. در اولین گذار جریان غیردائم به جریان دائم تبدیل میشود. دومین گذار سبب میشود که جریان دائم مجددا غیردائم شده و ریزش گردابه مجددا مشاهده میشود و در نهایت در سومین گذار جریان غیردائم ثانویه به جریان دائم تبدیل میشود. توقف ریزش گردابه در جریان عبوری از دو استوانه با دوران داخلی در سرعت دورانیهای کمتری نسبت به یک استوانهی دوار اتفاق میافتد. در این حالت سرعت دورانی بحرانی با افزایش فاصلهی استوانهها افزایش یافته و با افزایش رینولدز نیز افزایش مییابد. توقف ریزش گردابه در کلیهی فاصلهها و اعداد رینولدز بررسی شده مشاهده میشود. با تغییر جهت دوران استوانهها و بررسی دوران خارجی مشاهده میشود که افزایش سرعت دورانی در ابتدا منجر به افزایش ریزش گردابه از استوانهها شده و سپس کاهش مییابد تا در نهایت در سرعت دورانی بحرانی کاملا متوقف میشود. سرعت دورانی بحرانی در این حالت بسیار بیشتر از دوران داخلی است و با افزایش فاصلهی استوانهها مقدار آن کاهش مییابد و در فواصل زیاد مقدار آن به مقدار سرعت دورانی بحرانی یک استوانهی دوار بسیار نزدیک است. در دوران خارجی توقف ریزش گردابه در فواصل بسیار کم بین دو استوانه مشاهده نمیشود. لغات کلیدی: روش برهمنهی شبکهها، استوانههای دوار، انتقال حرارت جابهجایی اجباری، ضرایب درگ و لیفت، اعداد نوسلت و استروهال