22357

تحليل تجربي انتقال حرارت تماسي از يك ديسك لغزنده در يك محفظه ي استوانه اي شكل

دكتراي تخصصي

تبديل انرژي

1392-1398

1398/8/28

دكتر محمد حسن شجاعي فرد

مكانيك

پديده ي تماس حرارتي در شكل ها و هندسه هاي مختلف با توجه به كاربردهاي متنوع آن از اهميت بسياري در سيستم هاي مهندسي برخوردار است. انتقال حرارت تماسي بين سطوح تخت و تخمين ضريب تماس حرارتي مربوط به آن در تماس هاي ثابت و تناوبي، موضوع بسياري از پژوهش ها در اين زمينه بوده است، در حالي كه تماس حرارتي بين سطوح داراي انحنا در شكل هاي ثابت و متحرك بسيار كمتر مورد توجه قرار گرفته است. در اين رساله به منظور بررسي انتقال حرارت تماسي بين سطوح استوانه اي شكل، يك مجموعه ي آزمايشگاهي متشكل از يك سيلندر و ديسك در داخل آن ساخته شد. جهت تخمين ضريب انتقال حرارت تماسي بين ديسك و سيلندر، حل معكوس به روش گراديان مزدوج به همراه مسئله ي الحاقي مورد استفاده قرار گرفت. حل معكوس مسئله با كمك اندازه گيري هاي شبيه سازي شده ي دقيق و غير دقيق صحه گذاري شد. آزمون ها در دو حالت تماس ثابت و متحرك انجام گرفت و تأثير عواملي همچون دماي ديسك و سرعت حركت آن بر ضريب تماس حرارتي در دو حالت استفاده از ديسك هاي فولادي و آلومينيومي بررسي گرديد. وقوع انتقال حرارت يك بعدي در ديسك و سيلندر نيز مورد ارزيابي و تأييد قرار گرفت. آزمون¬هاي انجام گرفته مشخص كرد كه گرمايش اصطكاكي در اين مطالعه قابل صرفنظر مي باشد. همچنين، نتايج نشان از ثابت بودن ضريب تماس حرارتي در راستاي طولي سيلندر داشت كه مي¬تواند به عنوان يك روش جهت صحت سنجي نتايج در حالت متحرك در نظر گرفته شود. ضرايب تماس حرارتي در شرايط يكسان آزمايش براي ديسك آلومينيومي به طور قابل ملاحظه¬اي بزرگتر از مقادير مربوط به حالت استفاده از ديسك فولادي به دست آمد. همچنين نتايج نشان داد كه با افزايش دماي ديسك در هر دو حالت تماس ثابت و متحرك، اين ضريب با شيب بيشتري رشد مي كند، در حالي كه با افزايش سرعت حركت ديسك، كاهش در مقدار ضريب با شيب كمتر در دورهاي بالاتر مشاهده گرديد.

1399/06/12

Experimental Analysis of Contact Heat Transfer between a Sliding Disk and a Cylinder

9/2/2020 12:00:00 AM

Thermal contact phenomenon, in different forms and geometries, is of great importance in engineering systems based on its various applications. Contact heat transfer between flat surfaces and estimation of the corresponding thermal contact conductance for constant and periodic contacts have been the subject of numerous studies in this field while contact heat transfer between curved surfaces for fixed and moving cases has received much less attention. In this thesis, an experimental setup consisting of a cylinder and a disk inside it was prepared. Inverse solution with the method of conjugate gradient along with adjoint problem was implemented in order to estimate the thermal contact conductance between the disk and the cylinder. The inverse solution was validated using exact and inexact simulated measurements. Tests were conducted for two fixed and moving contact modes and effects of parameters such as disk temperature and speed on the thermal contact conductance were investigated for two cases involving steel and aluminum disks. Occurrence of one-dimensional heat transfer was evaluated and further confirmed through temperature measurements. Test results suggested that frictional heating is negligible in the current study. Also, results showed that the thermal contact conductance was nearly constant along the axis of the cylinder, which can be further used to validate the results obtained for the moving mode. Thermal contact conductance values obtained under identical conditions were considerably greater for the case with aluminum disk than that with steel disk. Also, results indicated that thermal contact conductance increases with a rising slope by raising the disk temperature while increasing the disk speed has an opposite effect on this coefficient showing a decreasing slope with speed rise. Linear extrapolation method was employed in addition to the inverse method and the corresponding results indicated that the errors associated with this method were larger than those of the inverse method, thus suggesting that the inverse method is the preferred one.