بررسی جریان و انتقال حرارت اطراف ملحقه انعطاف¬پذیر توسط آنالیز اندرکنش سیال-سازه به صورت دوبعدی

STUDENT

DEGREE

YEAR

Vibrations are induced because of the oscillating forces by the vortex shedding from bluff body has potential application for many fields such as energy harvesting or biological systems. In the present study it is tried to effect in the turbulence and eddies in the flow by using of flexible plate which is a passive heat transfer enhancement technique. Since the increase in heat transfer cause increasing friction coefficient, pay attention to heat transfer and pressure loss with together is important. In this work at first the channel without, and then the channel with stationary cylinder and channel with flexible plate attached to the cylinder were simulated. Solid and fluid equations are solved by fluid-solid interactions at the same time in two-dimensional. The results show that added a flexible plate behind the stationary cylinder causes decreasing the amplitude of lift force coefficient, vortex shedding frequency and pressure loss in channel. Finally, using vortex-induced vibrations with oscillating plate, were improved performance evaluation criteria. After that the role of parameteres like the place and shape of cylinder, the length and material properties of oscillating plate such as density and Young’s modulus, Reynolds number, Prandtl number and flow regime were analyzed. It can be concluded existing the bluff body before oscillating plate improved performance evaluation criteria. When the oscillating plate is longer, reducing the thickness of the thermal boundary layer and so the heat transfer enhancement is more. Changing the natural frequency by changing the density or Young’s modulus of plate alters the frequency and amplitude of oscillation but the performance evaluation criteria does not change. The shape of cylinder has a significant effect on the intensity of the vortex generation and when the maximum amplitude of oscillating is equal, decreasing the vortex shedding frequency is caused decreasing heat transfer. Enhancement of heat transfer because of increse Prandtl number and decrese Reynolds number, increases performance evaluation criteria. Keywords: Vortex induced vibration, Fluid-solid interaction, Flexible plate, Heat transfer, Performance evaluation criteria, Vortex shedding

: ارتعاشات القا شده به جسم جامد به دلیل اعمال نیروی نوسانی توسط گردابه های جاری شده از اجسام جریان بند، در بسیاری از زمینه ها مانند برداشت انرژی و یا سیستم های زیستی وجود دارد. در این پژوهش با استفاده از ورق نوسانی که یکی از روش های غیر فعال افزایش انتقال حرارت جابجایی است، سعی می شود بر میزان اغتشاشات و گردابه های درون جریان تأثیر گذاشت. از آن جایی که افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی موجب افزایش تلفات اصطکاکی می شود، لذا توجه همزمان به میزان حرارت مبادله شده و افت فشار از اهمیت خاصی برخوردار است. در این مطالعه ابتدا کانال دما ثابت بدون ملحقه، شامل استوانه صلب و ورق نوسانی متصل به استوانه، شبیه سازی و حل معادلات جسم جامد و جریان سیال به صورت همزمان توسط آنالیز اندرکنش سیال-جامد به صورت دو بعدی انجام می شود. نتایج حاصل نشان می دهد که افزودن ورق نوسانی به استوانه، باعث کاهش دامنه نیروی برآی وارد بر استوانه، فرکانس جاری شدن گردابه ها و افت فشار می گردد. در نهایت، استفاده ازنوسان ورق ناشی از ارتعاشات القا شده توسط گردابه ها، بهبود معیار ارزیابی عملکرد حاصل می شود. سپس تأثیر پارامترهای مختلف نظیر مکان و شکل استوانه، طول ورق نوسانی، مشخصات جسم جامد نظیر چگالی و مدول یانگ، عدد رینولدز، عدد پرانتل و رژیم جریان مورد بررسی قرار گیرد. به طور کلی می توان گفت، وجود جریان بندها قبل از ورق انعطاف پذیر موجب بهبود معیار ارزیابی عملکرد شده است. از سوی دیگر، بیشتر بودن طول ورق نوسانی باعث هل دادن جریان بیشتری به سمت دیواره ها شده که موجب کاهش ضخامت لایه مرزی حرارتی می شود و بنابراین حرارت انتقال یافته از دیواره بیشتر می شود. تغییر فرکانس طبیعی مجموعه از طریق تغییر چگالی و مدول یانگ جسم، اگرچه موجب تغییر فرکانس و دامنه نوسانات می گردد، اما تأثیر قابل توجهی روی معیار ارزیابی عملکرد نداشت. شکل استوانه، اثر چشم گیری بر شدت تولید گردابه ها دارد و در صورتی که دامنه نوسانات یکسان باشد، کاهش فرکانس ریزش گردابه ها، موجب کاهش انتقال حرارت می گردد. هم چنین افزایش حرارت مبادله شده به دلیل افزایش عدد پرانتل و کاهش افت فشار به علت کاهش عدد رینولدز، معیار ارزیابی عملکرد را زیاد می کند. کلمات کلیدی: 1- ارتعاشات القا شده توسط گردابه ها 2- اندرکنش سیال-جامد 3- ورق انعطاف پذیر 4- حرارت انتقال یافته 5- معیار ارزیابی عملکرد 6- ریزش گردابه.