دانلود مقاله بررسی عددی افزایش انتقال گرما در کانال دوبعدی مستطیلی در حضور میدان الکتریکی با ولتاژ بالا در اعداد رینولدز پایین

word قابل ویرایش
13 صفحه
5700 تومان

چکیده:

یکی از راههای بهینه سازی مصرف انرژی در سیستمهایی که با انتقال گرما در ارتباط می باشند، افزایش نرخ انتقال گرما در این سیستمها می باشد. در این تحقیق اثر میدان الکتریکی بر روی میدان سیال در داخل یک کانال مستطیلی و اثر آن بر میزان انتقال گرما، بصورت دو بعدی برای جریان ورقه ای هوا بررسی شده است. برای بررسی این موضوع، معادلات پیوستگی ، ممنتم و انرژی برای میدان سیال و معادلات پایستاری جریان الکتریکی و معادله پواسون برای میدان الکتریکی بصورت عددی و به روش حجم محدود حل شده اند.

با توجه به اینکه حل میدانهای الکتریکی از حل میدان سیال مستقل است، ابتدا معادلات میدان الکتریکی و سپس پایستاری جریان الکتریکی به روش حجم محدود حل شده اند. برای اینکار از الگوریتم SIMPLE و روش HYBRID برای حل میدان سیال استفاده شده است. با استفاده از نتایج حل میدان الکتریکی می توان نیروهای حجمی وارد بر ذرات قطبی شده سیال را محاسبه کرد و این نیروها را در معادلات ممنتم وارد کرد. در کار حاضر میزان افزایش انتقال گرما از طریق یکی از دیواره ها در یک کانال که در آن الکترودهای سیمی و صفحه ای، القاء کننده میدان الکتریکی بوده اند بررسی شده است و نتایج، افزایش انتقال حرارت را نشان می دهند.

واژه های کلیدی: افزایش انتقال گرما، کانال دوبعدی، باد کرونا،EHD، حل عددی، رینولدز پایین

-۱ مقدمه
اگر بین یک الکترود سیمی نازک و سطح صلب هادی الکتریسیته ولتاژ بالا اعمال شود، از سطح سیم یونهایی به محیط

اطراف تزریق می شود، علاوه بر آن در محیطی که میدان اعمال شده است برخی از مولکول ها یونیزه می شوند. یون های تولیدی به نزدیکترین الکترود زمین گسیل شده و با برخورد با ذرات خنثی، دراندازه حرکت آنها تغییراتی اعمال می کنند. در

شرایطی که هوا با سرعت کم در داخل کانال در جریان باشد این پدیده در صورت اعمال میدان در جهت عرضی جریان، تولید جریان ثانوی کرده، در نهایت آهنگ انتقال گرما از سطح را افزایش می دهد. این روش فعال با مقدار مصرف پایین

انرژی، عدم ایجاد نویز و عاری بودن از ارتعاش از مزیت بالایی برخوردار است. ضمنا شدت میدان الکتریکی نیز با کنترل

ساده اختلاف پتانسیل دو سر الکترودها قابل تنظیم است .[۹] در اعمال این روش نباید ولتاژ اعمالی سبب تخلیه کامل الکتریکی و تشکیل جرقه شود یا به عبارت دیگر از شکست عایق جلوگیری شود. برای این منظور فاصله بین الکترودها و نیز

ولتاژ بالای اعمالی از محدودیت هایی برخوردار خواهد بود .[۲]

یکی از کارهای ارزنده ای که بطور عددی و تجربی در این خصوص انجام گرفته است، کار Owsenek و Seyed-Yagoobi است که انتقال گرما در جریان هوا بین یک الکترود سیمی نازک و صفحه افقی با شار گرمایی ثابت

∇⋅ j  ۰

∇⋅ε۰ E ρe
مورد نظر بوده است .[۶] استفاده از پدیده کرونا در روش فعال افزایش انتقال گرما از سطوح برای اولین بار در سال ۱۹۶۳
توسط Velkoff و Marco انجام گرفت .[۴] موضوع تحقیقاتی آنها بررسی میدان الکتریکی با ولتاژ بالا در جابجایی آزاد

سطح قائم با شار گرمایی ثابت بود. آنها با این روش فعال، توانستند میزان متوسط انتقال گرما را تا پنج برابر افزایش دهند.
در سال Yabe 1978 و همکارانش در یک کار تجربی توانستند فشار و چگالی یونی روی یک سطح افقی و یک سیم نازک به قطر ۴۰ mm را در محفظه محتوی ازت خشک اندازه گیری نمایند. بعلاوه توانستند میدان های الکترواستاتیک را

معین کرده و توزیع بارها در فضای مطالعه را بدست آورند. همچنین آنها توانستند با استفاده از اطلاعات تجربی و با تکیه بر
روش های عددی، میدان های باز گردشی ناشی از اعمال ولتاژهای بالا را نیز، مشخص نمایند. با در نظر گرفتن شرایط مرزی

گرمایی با دمای ثابت روی سطح، مقادیر دقیق ضرایب انتقال گرما در نزدیکی های منطقه توقف جریان برخوردی بدست آمد،

با وجود این، انحراف نتایج محاسباتی با نتایج تجربی در فاصله شعاعی بزرگتر از فاصله بین الکترود سیمی و صفحه تخت، ضعف تحلیل های ارائه شده را نشان داده است .[۱۰] در جریان های داخلی کار Takimoto و همکارانش نقطه عطفی در

کاربرد پدیده EHD جهت افزایش انتقال گرما محسوب می شود .[۸] در کار آنها الکترود سیمی در مرکز کانال و امتداد محور
اصلی کانال قرار داده شده بود و مطالعات عددی و تجربی از همخوانی مناسبی برخوردار می باشند. Ohadi و همکارانش

در سال ۱۹۹۱ برای اولین بار اثر پدیده EHD را برای افزایش انتقال گرما در جریان های ورقه ای و گذار در لوله ها بررسی نمودند .[۵] سیال عامل درتمامی آزمایش ها هوا انتخاب شده بود. نتایج بدست آمده از این مطالعه نشان می دهد که بیشترین افزایش انتقال حرارت برای هر دو حالت تک الکترودی و دو الکترودی، در اعداد رینولدز نزدیک به گذار اتفاق می افتد. این نتایج همچنین نشان می دهند که برای اعداد رینولدز بالا افزایش انتقال حرارت چشمگیر نبوده است. در سال های دهه ۹۰ به
این طرف کارهای زیادی در زمینه های مختلف کاربرد EHD در افزایش آهنگ انتقال گرما و انتقال جرم صورت پذیرفته

است. Bryan و Seyed-Yagoobi مطالعه مروری مسئله را در سال ۱۹۹۹ انجام داده و اهمیت این روش فعال را در فرایند های افزایش آهنگ انتقال گرما نشان داده اند .[۷] در کار حاضر بررسی عددی تاثیر میدان الکتریکی ولتاژ بالا، بر نرخ انتقال حرارت از دیواره یک کانال مستطیلی که در آن هوا با رژیم جریان ورقه ای عبور می کند مورد نظر بوده است.

-۲ مبانی نظری مسئله

تحلیل نحوه رفتار جریان سیال در مجاورت میدان الکتریکی با ولتاژ بالا، با حل معادلات اساسی الکترواستاتیک برای میدان الکتریکی و معادلات بقای جرم ، ممنتوم و انرژی برای میدان جریان سیال امکان پذیر خواهد بود. این معادلات بصورت معادلات دیفرانسیل پاره ای غیر خطی هستند. نظر به اینکه میدان الکتریکی با اختلاف پتانسیل بالا ، جریان سیال و معادله انرژی را تحت تاثیر قرار می دهد بنابراین در قدم اول لازم است میدان های الکتریکی مورد تحلیل قرار گیرند.

۲-۱ معادلات الکترواستاتیک حاکم

معادلات حاکم بر پدیده EHD با توجه به بسیار کوچک بودن اثرات یونیزه شدن سیال نسبت به تزریق یون از الکترود سیمی، شامل معادلات اساسی الکترواستاتیک ( معادلات ماکسول ) بشرح زیر می باشند.

معادله پواسون: (۱)

معادله بقای جریان الکتریکی : (۲)
که در آنها

(۳) E  −∇V
(4) j  ρe βE
r ε۰ ضریب دی الکتریک سیال، ρe چگالی حجمی بار الکتریکی،
در این معادلات E شدت میدان الکتریکی،
j چگالی جریان الکتریکی، V پتانسیل الکتریکی و β تحرک پذیری یون می باشند. با قرار دادن معادله (۳) در معادله (۱)
معادله پواسون برای پتانسیل الکتریکی بدست می آید.
(۵) ε۰∇۲V  −ρe
با جایگذاری معادلات (۱) ، (۳) و (۴) در معادله (۲) شکل خاصی از معادله پایستگی جریان الکتریکی بدست می آید

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 5700 تومان در 13 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد