Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Saghafian,Mohsen DavazdahEmami
محسن ثقفیان (استاد راهنما) محسن دوازده امامی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Reza Jafari
رضا جعفری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Simulation of Mixing of Two Species with Different Concentrations inside a Straight Channel Using One or Two Rotating Cylinder(s)
In the present study, fluid flow and heat transfer and mass transfer around rotating circular cylinder(s) confined in a channel are studied. In unstedy flow past a circular cylinder, the phenomenon of vortex shedding is observed. Vortex shedding causes flow unsteadiness which enhances mixing of species with different concentrations. In this work, fluid flow and heat transfer around a rotating cylinder confined in a channel are studied. Then mixing of two species induced by one or two rotating cylinders is investigated. Numerical investigation is performed using overset grid method and the influence of variation of Reynolds number, rotational velocity of the cylinders, blockage ratio of the channel and the spacing between cylinders on the structure of flow and vortices and parameters such as drag and lift coefficients, strouhal number, nusselt number and mixing index is studied. Numerical simulations are performed for Reynolds numbers varying from 10 to 500, non dimensional rotational velocities of 0, 1 and 2, blockage ratios of 0.1, 0.3 and 0.5, spacing ratios of 1.7 and 2.5, prandtl numbers of 0.7 and 7 and Schmidth numbers of 1 and 4. In flow past a circular cylinder confined in a channel, the pattern of shed vortices is different from that observed in free stream flow past a cylinder and the vortices behind the cylinder moves criss-cross. the transition from steady flow to unsteady flow is delayed as blockage ratio increases. as blockage ratio increases, Drag coefficient and heat transfer increases and mixing index near the exit of the channel decreases. The vortex shedding from the cylinder enhances mixing of species in channel. The vortex shedding behind the cylinder is weakened by rotation of the cylinder, the vortex shedding is suppressed at certain critical rotational velocity. In flow past two circular cylinders confined in a channel, the structure of flow and vortices and mixing index is strongly dependent on the spacing ratio and the state of cylinders rotation and as the fluctuations of flow increases, mixing of species in channel increases. Keywords : Rotati ng cylinder, Channel, Overset grids, Vortex shedding, Forced convection heat transfer, Mixing.
این پژوهش، به بررسی جریان و انتقال حرارت و انتقال جرم پیرامون استوانه(های) دوار محبوس درون کانال می پردازد. در جریان عبوری از روی استوانه ، گردابه هایی به صورت متناوب و یکی در میان از بالا و پایین استوانه ریزش می کنند. ریزش گردابه‌ها در پشت استوانه موجب ناپایداری جریان می شود، یکی از کاربردهای چنین جریان‌هایی، اختلاط نمونه هایی با غلظت مختلف می باشد. ریزش گردابه ها و ناپایداری ناشی از آن موجب بهبود اختلاط نمونه ها می شود. در این پژوهش ابتدا به بررسی جریان و انتقال حرارت پیرامون استوانه دوار محبوس درون کانال پرداخته شده و نتایج به دست آمده با نتایج به دست آمده توسط سایر محققان مطابقت داده شده است. در ادامه اختلاط دو نمونه با غلظتهای مختلف که در ورودی کانال به وسیله یک صفحه جداکننده از هم جدا شده اند و پس از عبور از روی یک استوانه دوار یا دو استوانه ی دوار با آرایش پهلو به پهلو با هم مخلوط می شوند، بررسی شده است. بررسی عددی با استفاده از روش عددی برهم نهی شبکه‌ها انجام می شود و تاثیر تغییرات عدد رینولدز و سرعت دورانی استوانه و نسبت انسداد کانال و فاصله ی بین دو استوانه روی ساختار جریان و گردابه ها و پارامترهایی مانند ضرایب درگ و لیفت و عدد استروهال و عدد نوسلت و شاخص اختلاط به دست می‌آید. شبیه سازیهای عددی برای اعداد رینولدز در بازه 10 تا 500، سرعت های دورانی بدون بعد 0، 1 و 2، نسبت های انسداد 1/0، 3/0 و 5/0، فواصل بدون بعد بین استوانه ها 7/1 و 5/2، اعداد پرانتل 7/0 و 7 و اعداد اشمیت 1و 4 انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد در جریان عبوری از روی یک استوانه محبوس درون کانال، الگوی ریزش گردابه ها متفاوت با الگویی است که در جریان آزاد عبوری از روی استوانه مشاهده می شود و گردابه ها در پشت استوانه به صورت ضربدری حرکت می کنند. در جریان عبوری از روی یک استوانه محبوس درون کانال، افزایش نسبت انسداد کانال، گذار جریان از حالت پایا به ناپایا را به تاخیر می اندازد، به عبارتی در مقایسه با جریان آزاد عبوری از روی استوانه، گذار جریان به رژیم نوسانی ناپایا در اعداد رینولدز بالاتری روی می دهد. با افزایش نسبت انسداد ضریب درگ و انتقال حرارت از استوانه به سیال افزایش می یابند و اختلاط نمونه ها درون کانال بیشتر می شود. در جریان ناپایای عبوری از روی استوانه قرار داده شده درون کانال، دوران استوانه موجب تضعیف ریزش گردابه ها در پشت استوانه می شود تا جاییکه در یک سرعت دورانی بحرانی، ریزش گردابه ها در پشت استوانه قطع و جریان پایا می شود. از آنجا که ریزش گردابه ها موجب به هم خوردن جریان و افزایش سطح مشترک نمونه ها می شود، پس در محدوده ای از اعداد رینولدز که ریزش گردابه ها درپشت استوانه دیده می شود، افزایش سرعت دورانی با کاهش اختلاط نمونه ها درون کانال همراه است. در جریان عبوری از روی دو استوانه محبوس درون کانال ساختار جریان و گردابه ها و همچنین اختلاط نمونه ها درون کانال به شدت به فاصله بدون بعد بین دو استوانه و جهت دوران استوانه ها(خارجی یا داخلی) وابسته است. در این مورد نیز هر چه نوسانات جریان بیشتر باشد، اختلاط نمونه ها درون کانال بیشتر می شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی