13874

13874

مطالعه پديده شناسي و تحليل ساختارهاي منسجم و فرآيندهاي انتقال در جريان‌هاي برخوردي نوساني

دكتري

مكانيك - تبديل انرژي

آذر ماه 1393

آذر ماه 1393

دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور

چكيده جريان‌ها يا جت‌هاي برخوردي از اين ديدگاه داراي اهميت مي‌باشند كه باعث افزايش نرخ فرآيندهاي انتقال در سيستم‌هايي با حجم كوچك مي‌شوند. همه محققين بر اين نكته كه جريان توربولانس متاثر تشكيل و اندركنش بين ساختارهاي منسجم بزرگ مي¬باشد، توافق نظر دارند. اين ساختارها مسئوليت توليد و انتقال انرژي توربولانسي را بر عهده دارند و از همبستگي بسيار قوي برخوردار مي‌باشند. با كنترل كيفيت شكل‌گيري اين ساختارها و قدرت آن‌ها مي‌توان نرخ فرآيندهاي انتقال جرم، حرارت و مومنتوم در فرآيندهاي مهندسي را كنترل نمود. در اين رساله براي كنترل اين ساختارها از نوساني كردن جريان ورودي كه جزء روش‌هاي فعال كنترلي مي‌باشد استفاده شده است. هدف از انجام رساله مطالعه پديده‌شناسي اثر نوساني نمودن جريان ورودي بر روي شكل‌گيري ساختارهاي منسجم در لايه برشي جريان‌هاي برخوردي و رفتار آن‌ها در پايين‌دست جريان مي‌باشد. به منظور بررسي فيزيك جريان از ابزارهاي عددي و تجربي بهره گرفته شده است. بنابراين ابتدا ميدان جريان با استفاده از روش شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ مدل‌سازي شده است و سپس با استفاده از معيار Q و روش تفكيك متعامد حقيقي كه مبتني بر جبر خطي ماتريس‌ها مي‌باشد ساختارهاي منسجم از فيزيك پيچيده جريان استخراج شده است. همچنين به منظور مطالعه تجربي يك طرح آزمايشگاهي طراحي شده است. در مطالعه تجربي از تكنيك سيم دودزا براي مشاهده ساختارهاي منسجم بهره گرفته شده است و اثرات فركانس نوسان ورودي و شكل تابع نوساني بر روي شكل‌گيري ساختارها مورد ارزيابي قرار گرفته است. به منظور بررسي تاثير نوساني كردن جريان بر روي نرخ فرآيندهاي انتقال از يك مطالعه پارامتريكي با رويكرد عددي استفاده شده است. تاثير پارامترهاي مختلف تابع نوساني از قبيل فركانس و دامنه نوسان، شكل تابع نوساني، اختلاف فاز و... بر روي فرآيندهاي انتقال جرم(فرآيند خشك كردن)، انتقال حرارت از صفحه داغ و فرآيند اختلاط مورد تحليل قرار گرفته است. همچنين پس از حل ميدان جريان، با استفاده از مقادير سرعت، دما و آشفتگي در نقاط مختلف جريان ميزان توليد آنتروپي و بازگشت ناپذيري محاسبه و نتايج بررسي شده است. نتايج اين رساله نشان مي‌دهد كه نوساني نمودن جريان به دو طريق بر روي ديناميك سيالات تاثير مي‌گذارد. اين مكانيسم ميدان آشفتگي و مقادير توليد و اضمحلال انرژي آشفتگي را متاثر مي‌كند و همچنين باعث شكل‌گيري پريوديك ساختارهاي منسجم و ورتكس در لايه برشي مي‌شود. با تغيير پارامترهاي نوساني جريان كيفيت شكل‌گيري و قدرت اين ساختارها تغيير مي‌نمايد. همچنين ميزان فرآيندهاي انتقال جرم و حرارت بسيار بستگي به شرايط نوساني دارد و با نوساني نمودن جريان مي‌توان بهبود در مقادير انتقال را مشاهده نمود. كلمات كليدي جريان‌هاي برخوردي نوساني- ساختارهاي منسجم- شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ- جبر خطي- خشك كردن ذرات