21821

21821

تحليل عددي ميدان جريان و انتقال حرارت حاصل از برهمكنش جت مصنوعي برخوردي با جريان عرضي توسط مدل‌هاي DES و SAS

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - علوم حرارتي

1395

1398/07/14

دكتر فرزاد بازديدي طهراني

مكانيك

جت مصنوعي با توجه به خصوصيات منحصر به فرد و كاربرد‌هاي گوناگوني كه دارد، در سال‌هاي اخير مورد مطالعه‌ي پژوهشگران قرار گرفته و حجم عظيمي از مطالعات عددي و تجربي را به خود اختصاص داده است. مهم‌ترين خصوصيت جت مصنوعي، استفاده از سيال محيط و عدم نياز به تزريق سيال خارجي به محيط مي‌باشد. به اين ترتيب، در نقاطي كه امكان تزريق سيال وجود ندارد مي‌توان از اين پديده براي خنك‌كاري استفاده كرد. در قياس با جابجايي اجباري به روش سنتي، جت مصنوعي عملكرد بسيار بهتري را در خنك‌كاري سريع و مؤثر از خود بروز مي‌دهد. با توجه به ماهيت آشفته‌ي جريان و پيچيدگي‌هاي مربوط به آن، انتخاب مدل آشفتگي مناسب از اهميت بالايي برخوردار است. بخش عمده‌ي بررسي‌هاي انجام شده مربوط به مدل‌سازي توسط مدل‌هاي URANS مي‌باشد. در مطالعات پيشين انجام شده در آزمايشگاه تحقيقاتي انتقال حرارت دانشگاه علم و صنعت ايران به تحليل رفتارهاي جت مصنوعي برخوردي در محيط ساكن و نيز در حضور جريان عرضي با استفاده از مدل‌هاي URANS، هم‌چنين تحليل جت مصنوعي در حضور جريان عرضي با استفاده از رهيافت LES پرداخته شده است. هدف از پايان‌نامه‌ي حاضر، بررسي و تحليل قابليت مدل‌هاي DES و SAS، با توجه به حجم محاسباتي كم‌تر نسبت به مدل‌‌هاي DNS و LES و همچنين دقت بيشتر نسبت به مدل‌هاي URANS در شبيه‌سازي جريان و انتقال حرارت ناشي از جت مصنوعي برخوردي در حضور جريان عرضي مي‌باشد. در ابتدا، پس از شبيه‌سازي و اعتبارسنجي مسئله‌ي فوق با مدل‌هاي SST/Kω، SAS و DES، به مقايسه‌ي نتايج اين سه مدل با نتايج آزمايشگاهي موجود پرداخته شده است. مطابق با نتايج حاصل، مدل DES عملكرد بهتري را نسبت به دو مدل ديگر در پيش¬بيني انتقال حرارت جابجايي دارد. البته هر سه مدل در پيش‌بيني مقدار ضريب انتقال حرارت در نواحي دورتر از زير اوريفيس خطاي نسبتاً زيادي دارند. در ادامه، به بررسي تاثير دو پارامتر مهم يعني فركانس جت مصنوعي و سرعت جريان عرضي بر انتقال حرارت پرداخته شده است كه نشان‌گر افزايش ضريب انتقال حرارت با افزايش فركانس، البته در محدوده‌ي بررسي شده، مي‌باشد. همچنين نتايج حاكي از وجود مقدار بهينه براي سرعت جريان عرضي در ايجاد بيشينه ضريب انتقال حرارت مي‌باشد. در انتها، به تحليل تاثير پارامتر جديدي به نام پارامتر K كه نشان‌گر نسبت زمان مكش به دمش جت مصنوعي مي‌باشد، بر ميزان ضريب انتقال حرارت روي سطح برخورد پرداخته شده است. ضريب انتقال حرارت بيشينه با پارامتر K نسبت عكس دارد و با كاهش K افزايش مي‌يابد. از سوي ديگر، توزيع ضريب انتقال حرارت جابجايي در مقدار بزرگتر پارامتر K يكنواخت‌تر مي‌باشد.

1398/12/15

Numerical Analysis of Flow Field and Heat Transfer Induced by the Intraction of Impinging Synthetic Jet with Coss Flow with DES and SAS Models

10/6/2019 12:00:00 AM

Due to unique characteristics and various applications, synthetic jets have always been a notable subject for researchers and have dedicated a lot of numerical and experimental studies to themselves. One of the most prominent features of synthetic jet, is the fact that no injection of external fluid is required. Therefore, it can be applied for cooling in places where the injection of fluid is not possible. In comparison to forced convection with conventional methods, synthetic jets demonstrate a more effective cooling performance. Due to the complex nature of turbulence flow, selecting appropriate turbulence model is considered of high importance. The majority of the studies in this field are done with URANS models. In previous studies conducted in heat transfer laboratory of IUST, the behavior of synthetic jet in presence of cross flow is investigated with URANS and LES models. The purpose of this thesis is to investigate the ability of DES and SAS models since they have lower computational complexity compared to LES and DNS and are more precise in comparison to URANS models to simulate the problem. Initially, after the simulation and validation of the problem with kw/sst , SAS and DES models, the results of simulation is compared to existing experimental results. All of the mentioned models have failed to accurately predict the heat transfer coefficient in downstream of the target plate. Later, the effect of contributing parameters, i.e., frequency of synthetic jet and the velocity of cross flow are studied in the problem. The results seem to suggest that there is an optimum value of cross flow velocity in which the heat transfer of the synthetic jet is maximized. In the last part of the thesis, the role of a new parameter known as K which indicates the ratio of suction time to blowing time, is assessed. The optimum value of heat transfer coefficient has an inverse ratio with the parameter K, therefore it decreases as the parameter K increases. On the other hand, with higher values of K, the distribution of heat transfer coefficient on the target plate becomes more uniform.