نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
سال ششم شماره 3 (پیاپی 20، پاییز 1398)

در مقاله حاضر شبیه سازی عددی جریان انتقال حرارت جت برخوردی چند ردیفه به منظور افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی انجام شده است. عواملی نظیر تغییر قطر جت در دو حالت دبی ثابت و رینولدز ثابت، تعداد جت های چند ردیفه، محل قرار گیری آن ها (فاصله جت ها) و تغییر زاویه تزریق هوا از جت در حالت تک جت و چند جته مورد ارزیابی قرار گرفته است. پنج مقدار قطر مختلف از 66/4 میلی متر تا 66/7 میلی متر در دو حالت رینولدز ثابت و دبی ثابت و همچنین دو حالت سه جت و پنج جت، در دبی و رینولدز ثابت، بررسی شده است. همچنین پنج فاصله مختلف بین جت ها، در حالت 3جت، بین مقادیر (15 میلی متر تا 30 میلی متر) و حالت 5 جت، بین مقادیر (15 میلی متر تا 35 میلی متر) بررسی شده، در ادامه چهار زاویه مختلف صفر درجه (عمود)، 10 درجه، 20 درجه و 30 درجه مورد ارزیابی قرار گرفته است. از نتایج تحقیق  می توان به افزایش ضریب جابجایی میانگین در اثر افزایش تعداد جت های  برخوردی و همچنین بهبود  عملکرد انتقال حرارت برخوردی در اثر افزایش فاصله جت ها از 15میلی متر تا 35 میلی متر اشاره کرد. همچنین کاهش ضریب جابجایی میانگین در اثر افزایش زاویه تزریق اشاره کرد.

در این تحقیق برنامه های کامپیوتری بر مبنای روش های بولتزمن شبک ه ای با ضریب تخفیف منفرد، چندتایی و انتروپی توسعه داده شده اند که قابلیت شبیه سازی میکرو جریان های هم دمای دو بعدی در یک حفره و یک کانال در اعداد نادسن مختلف را دارا می باشند. این برنامه ها می توانند جریان گاز را در رژیم لغزشی و تا حدودی رژیم گذار شبیه سازی کنند. در این برنامه ها برای شبیه سازی میکرو جریان ها، از شرایط مرزی پخش مولکولی و روش ترکیبی کمانه کردن و آینه ای برای در نظر گرفتن لغزش روی دیواره ها استفاده شده است. همچنین برای محاسبه ی ضریب تخفیف روش های بولتزمن شبک ه ای، از مرتبط کردن آن به عدد نادسن استفاده شده است. سپس با تحلیل و بررسی نتایج شبیه سازی ها، به مقایسه ی روش های بولتزمن شبک ه ای مختلف در شبیه سازی جریان های در ابعاد میکرو پرداخته شده است. با مقایسه ی نتایج شبیه سازی های عددی به دست آمده در این کار با نتایج دیگران در سایر مقالات، اعتبار و صحت برنامه های کامپیوتری و دقت جواب ها مورد بررسی قرار گرفته که کارآمدی روش های بولتزمن شبک ه ای مختلف در شبیه سازی جریان در هندسه های در مقیاس میکرو را نشان می دهد.

در این مقاله با قرار دادن گردآورنده خورشیدی[1] صفحه تخت که درون آن از مواد تغییر فاز[2] (PCM) قرار دارد در مسیر پرفشار سیکل تبرید تراکمی بین کمپرسور و کندانسور و بدست آوردن پارامترهای فشار و دما در نقاط مختلف سیکل، و مقایسه آن با حالت معمولی سیکل تبرید (فاقد کلکتور) کار کمپرسور، ظرفیت سرمایش و ضریب عملکرد محاسبه و مورد بررسی قرارگرفت. از آنجایی که گرما با فشار رابطه مستقیم دارد، (افزایش گرمای مبرد در حجم ثابت باعث افزایش فشار می گردد) تامین بخشی از فشار سیکل توسط گردآورنده خورشیدی انجام می شود. آزمایش های سیکل معمولی و خورشیدی بطور همزمان در سه زمان متفاوت (در ساعات 7 صبح، 15 بعدظهر و 23 شب) انجام گردید. نتایج تجربی بدست آمده نشان می دهد در دمای بیشینه (ساعت 15 بعدازظهر) با افزایش (°C) 6/3 دمای مبرد خروجی از کلکتور، مشخصات ترمودینامیکی سیستم بهبود یافته بطوریکه ضریب سرمایش از 82/10 به 251/11 و ضریب عملکرد سیکل از 5 به 2/5  به ترتیب 83/3% و 84/3% افزایش و توان کمپرسور از 167/2 به160/2 که درحدود 32/0% کاهش می یابد. ضمن اینکه بدلیل عدم وجود نور خورشید کافی و جذب گرمای مناسب توسط کلکتور در آزمایش های ساعت 23 شب و 7 صبح، تاثیر چندانی در مشخصات ترمودینامیکی سیکل معمولی و خورشیدی مشاهده نگردید.

در این مطالعه، شبیه سازی 2 بعدی جوشش اجباری جریان سیال درون رایزر یک بویلر می پردازد. سیال در حالت اشباع وارد رایزر می شود. رایزر تحت شار حرارتی ثابت قرار دارد. مراحل شبیه سازی جریان 2 بعدی دوفازی مغشوش در درون یک لوله قایم با شرط مرزی شار ثابت ارایه شده است. جهت شبیه سازی از نرم افزار فلوینت ورژن 18 استفاده و همچنین جهت اعتبار سنجی نتایج حاصل با نتایج تجربی، مقایسه شد. میزان خطای شبیه سازی در حدود 3 درصد بدست آمد. اثر شدت شار حرارتی بر روی ضریب انتقال حرارت کسرحجمی و دمای دیواره سرعت و فشار سیال بررسی شد. نتایج شبیه سازی نشان داد با افزایش فلاکس حرارتی در جداره تیوب، ضریب انتقال حرارت h روند نزولی دارد. دلیل این امر افزایش کسر حجمی بخارآب و بالطبع کاهش ضریب هدایت حرارتی رسانشی بخار نسبت به سیال آب مایع می باشد. همچنین در فلاکس حرارتی بالاتر، میزان ضریب انتقال حرارت h (به علت نوسان سریع در خواص ترموفیزیکی سیال مایع و بخار و همچنین پیدایش ناپایداری دینامیکی گردابه ها) افزایش می یابد.

افت فشار یکی از چالش های مهم طراحی خطوط انتقال است. یکی از روش های کاهش افت فشار و افزایش انتقال حرارت استفاده از ریبلت اسپیرال در سطح کانال است. استفاده از ریبلت اسپیرال یا شیار باعث افزایش انتقال حرارت شده ولی در عوض افت فشار را افزایش می دهد. در لوله های خیلی زبر نمی توان از نمودار مودی استفاده کرد لوله های مورد بررسی در این آزمایش بالاتر از حد نسبت زبری منحنی های دیاگرام مودی است. شیارها انواع و ابعاد گوناگونی با توجه به محدوده وسیع کاربرد خود دارند. در این مطالعه در یک بررسی آزمایشگاهی به بررسی استفاده از شیار مارپیچ و تاثیر هندسه شیار بر افت فشار پرداخته خواهد شد. در این مطالعه 5 سری لوله ساده و شیاردار بررسی شد. با استفاده از لوله های ساده افت فشار اتصالات به صورت تابعی از رینولدز تخمین زده شد تا بتوان افت فشار لوله های شیاردار را محاسبه کرد. دو لوله شیاردار با نسبت ارتفاع شیار به قطر 063/0 و 025/0 تولید و در محدوده رینولدز 000/10 تا 000/50 آزمایش گردید. با توجه به نتایج به دست آمده استفاده لوله شیاردار با نسبت ارتفاع شیار 063/0 موجب افزایش افت فشار در کل محدوده رینولدز مورد بررسی و در لوله شیاردار با نسبت ارتفاع 025/0 موجب افزایش افت فشار در رینولدزهای کمتر از 000/37 و کاهش افت فشار در رینولدزهای بیشتر از 000/37 می شود. به طور کلی استفاده از شیار در رینولدزهای بالاتر مناسب تر به نظر می رسد. بیشتر درصد کاهش افت فشار در رینولدز 000/50 و برای نسبت ارتفاع شیار 025/0 به میزان 14% گزارش شد همچنین بیشترین افزایش افت فشار در رینولدز 000/10 برای نسبت ارتفاع 063/0 به میزان 180% به دست آمد. و برای این افت منحنی های افت فشار و رابطه تجربی  ریوف - ظریف استخراج گردید.

یکی از روش های اندازه گیری نیروی پسا، روش اختلاف مومنتوم می باشد. در این روش با استفاده از توزیع سرعت و شدت اغتشاش های جریان سیال در پایین دست مدل، می توان نیروی پسا را اندازه گیری کرد. در این تحقیق تجربی، شدت اغتشاش های جریان هوا در پایین دست مدل (استوانه بیضوی و دایره ای)، بررسی شده و حداقل فاصله ای که در آن اغتشاش های جریان را بتوان با دقت قابل قبولی همگن در نظر گرفت، معین شده است. شدت اغتشاش های جریان پایین دست استوانه بیضوی و دایره ای با افزایش فاصله (x/B) کاهش می یابند. به طوری که حداکثر شدت اغتشاش ها در فاصله 20 برابر قطر پایین دست استوانه دایره ای، با توجه به عدد رینولدز، به حدود 14% کاهش یافته و خطا در حدود 2% می باشد و برای استوانه بیضوی، به حدود 10% کاهش یافته و خطا در حدود 2% می باشد. در فاصله 25 برابر قطر پایین دست استوانه دایره ای و بیضوی، حداکثر شدت اغتشاش ها به ترتیب حدود 12% و 8% کاهش یافته و خطای اندازه گیری ضریب نیروی پسا حدود 1% می باشد. در این تحقیق، توزیع سرعت و شدت اغتشاش های جریان هوا در پایین دست استوانه در اعداد رینولدز 15000 و 30000 با استفاده از جریان سنج سیم داغ بررسی شده است.