Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Saboonchi,Mohamadreza Salimpour
احمد صابونچی (استاد مشاور) محمدرضا سلیم پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Meisam Maleki
میثم مالکی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Constructal Optimization of Fins used for Cooling a Plate by Free Convection
The heat that transferred through conduction in a body, should be discharged through convection process frequently. In continuous years, heat and fluid science has tried to find characteristics of the transfer in variety configurations. This information is vital for designing and analyzing of the system. But the problem is that there are many constraints and one of the most important of them, is space (measure-volume-weight). The goal is always to transfer much more heat in a specific space. But the active temperature might be more than the desired temperature. Whereas the function of this equipment has a direct relevance with temperature, it is very important to keep the equipment at an acceptable temperature. Sometimes it is required to cool a hot plate or keep it in a constant temperature without using forced convection heat transfer. In this case, it sounds a good way to use fin in free convection heat transfer. In the present study, the goal is to optimize free convection heat transfer from a finned hot plate. Many different algorithms and methods are used in optimizations. One of these methods is constructional theory. Unlike thermodynamic optimization, in which we try to have a unique balance (for minimum irreversibility) between heat transfer function and fluid mechanics function, in constructal theory the goal is to find a pattern, in which both of these functions reach the highest possible level. By using constructal theory, we can get fins geometry such as height and thickness, number of the fins and their positions, to transfer maximum heat from them with considering specific constraints. These constraints are temperature of the hot plate, mass of the material which we decide to make fins from, degrees of freedom including thickness of the fins, height of the fins, degree of the hot plate with azimuth and distance of the fins from each other. For theoretical solution, free convection heat transfer relation and intersection of asymptotes method are used. In addition to theoretical solution, the problem also was solved numerically and both results was analyzed and compared to each other. Finally the optimized structure was gotten. In one case, thickness of the fins was considered constant and their height and distance between them were optimized. In the other case, smaller fins were located among the other fins to use the unheated space among them. In these two cases, the results of solution with intersection of asymptotes method and numerical solution with computer aid were coincided. in continuance, the effect of dimension on increasing heat transfer from fins and optimized geometry was investigated. In surveying the angel of the base plate with azimuth, two different cases were considered. In one case the base plate had fin and in the other case it did not have any fins. In addition, the difference of heat flow rate between the plate and fins was studied in two cases. Keywords: finned plate, free convection heat transfer, geometric optimization, constructal theory, intersection of asymptotes.
حرارتی که در یک جسم از طریق هدایت انتقال می یابد، غالباً بایستی از طریق فرایند جابجایی خارج (و یا تخلیه) شود. درسال های متوالی علم حرارت وسیالات در پی یافتن ویژگی های انتقال در پیکربندی های متنوع بوده است. این اطلاعات برای تحلیل و طراحی سیستم حیاتی هستند. اما واقعیت تلخ این است که قیدها وجود دارند و یک قید بسیارمهم، فضااست (اندازه، حجم، وزن). هدف، همواره ایجاد انتقال گرمای بیشتر دریک فضای مشخص بوده است. اما دمای کاری ممکن است از سطح دمای مطلوب بیشتر شود. از آنجایی که عملکرد این تجهیزات رابطه مستقیمی با دما دارد، نگه داشتن آن ها در سطح دمای قابل قبول بسیار مهم است. گاهی اوقات نیاز است یک صفحه گرم را بدون کمک انتقال حرارت جابجایی اجباری خنک کنیم یا در یک دمای ثابت نگه داریم، در اینجاست که استفاده از فین در انتقال حرارت جابجایی آزاد روشی مناسب به نظر می رسد. در مطالعه حاضر هدف این است که انتقال حرارت جابجایی آزاد از یک صفحه گرم افقی فین دار را بهینه کنیم. در بهینه سازی ها از الگوریتم ها و روش های مختلفی استفاده می شود؛ یکی از این روش ها، تئوری ساختاری می باشد. برخلاف بهینه سازی ترمودینامیکی که در آن به دنبال یک تعادل یکتا (برای برگشت ناپذیری کمینه) بین عملکرد انتقال گرما و عملکرد مکانیک سیالات هستیم، در طراحی ساختاری هدف پیداکردن الگویی است که در آن هر دوی این عملکردها به بالاترین سطح ممکن برسند. با استفاده از تئوری ساختاری تعداد فین ها و موقعیت آنها، هندسه آنها مانند ارتفاع و ضخامت را جهت انتقال حرارت حداکثر از آنها تحت قیود مشخصی بدست می آوریم. این قیود عبارتند از دمای صفحه و ابعاد صفحه گرم و جرم ماده ای که قصد داریم فین ها را با آن بسازیم و درجات آزادی شامل زاویه صفحه گرم با افق، ضخامت فین ها، ارتفاع فین ها و فاصله فین ها با یکدیگر است. برای حل تحلیلی از روابط انتقال حرارت جابجایی آزاد و روش تقاطع مجانب ها در تئوری ساختاری استفاده می شود. ولی مسئله علاوه بر حل تحلیلی، بصورت عددی نیز حل می گردد و نتایج آن با هم مقایسه و تحلیل شده و ساختار بهینه به دست می آید. در یک حالت، ضخامت، ثابت در نظر گرفته شده، و ارتفاع فین ها و فاصله بین آنها بهینه می شود. در حالت دیگر فین های کوچکتر بین سایر فین ها قرار می گیرند، تا از فضای گرم نشده بین آن ها استفاده شود. در این دو حالت نتایج حل تئوری به کمک روش تقاطع مجانب ها و حل عددی به کمک نرم افزار هم خوانی دارد. در ادامه تاثیر ابعاد و اختلاف دمای فین ها و محیط اطراف، بر روی افزایش انتقال حرارت از فین ها و هندسه بهینه، بررسی می شود و سپس بر روی اثر ضخامت فین ها و همچنین زاویه صفحه پایه با افق، بحث خواهد شد. در بررسی زاویه صفحه پایه با افق، دو حالت مورد توجه قرار گرفته است. یکی حالتی که صفحه پایه فین دارد و حالت دیگر اینکه صفحه پایه بدون فین باشد و تفاوت تغییرات میزان شار حرارتی صفحه و فین ها در دو حالت بررسی شده است. کلمات کلیدی : 1- انتقال گرمای جابجایی آزاد 2- بهینه سازی هندسی 3- تئوری ساختاری 4- روش تقاطع مجانب ها 5- صفحه فین دار

ارتقاء امنیت وب با وف بومی