بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این مطالعه، بررسی اثرات دیواره بر مشخصه هاي جریان یک لوله بادامکی در جریان عرضی از هوا در محدوده رینولدز 8000 تا 20000 به کمک روش تجربی در محدوده نسبت انسداد < 7 1/5< H/Deq است. براي اندازه گیري ضریب درگ لوله بادامکی یک تونل باد مدار باز مکنده طراحی و ساخته شده است. نتایج به دست آمده به صورت نمودار هاي ضریب درگ و ضریب فشار براي اعداد رینولدز و نسبت هاي انسداد مختلف ارائه شده اند. نتایج نشان می دهند با افزایش نسبت انسداد از 1/5 تا 7، ضریب درگ به میزان 57 درصد کاهش یافته است.
واژه هاي کلیدي
لوله غیر دایروي، نسبت انسداد، ضریب درگ، ضریب فشار، جریان عرضی
مقدمه
در بسیاري از تجهیزات مورد استفاده در صنعت از لوله هاي دایروي به علت تهیه و ساخت آسان استفاده می شود. در سال هاي اخیر مطالعات متعددي بر لوله هاي غیر دایروي به علت افت فشار نسبتاً زیاد لوله هاي دایروي در جریان عرضی در مبدل هاي حرارتی انجام شده است. اوتا و نیشی یاما [1] جریان سیال حول دو لوله بیضوي با نسبت ابعاد 3 که در آرایش پشت به پشت نسبت به یکدیگر قرار گرفته اند را به طور تجربی بررسی کردند. آنها ضرایب درگ و لیفت را در زاویه حمله هاي مختلف ارائه کردند. مرکر و هانکه [2] افت فشار و انتقال گرما در دسته لوله پوسته لوله اي با لوله هاي بیضی را در محدوده رینولدز 1000 تا 50000 به طور تجربی بررسی کردند.
آنها نشان دادند که براي تعداد لوله یکسان، مبدل هاي حرارتی با لوله هاي بیضوي اندازه کوچک تري نسبت به مبدل هاي حرارتی با لوله هاي دایروي دارند.
تجهیزات آزمایشگاهی
در این پژوهش جهت انجام آزمایش ها یک تونل باد طراحی و ساخته شده است. این تونل از نوع مدار باز و مکنده است. مقطع آزمون مکعب مستطیل و به ابعاد 16×16 سانتیمتر مربع و طول 40 سانتیمتر می باشد.
لوله بادامکی نشان داده شده در شکل 1 از دو دایره با قطر هاي d = 8 mm، D =16 mm و فاصله مرکز تا مرکز آنها برابر l = 15/75 mm می باشد، تشکیل شده است. مشخصه طولی این لوله، قطر معادل لوله دایروي برابر Deq = P/π 22/44 mm =است که p محیط لوله بادامکی است. طول لوله برابر با 20 cm و جنس آن از فولاد با ضخامت 0/7 mm است. سطح مدل کاملاً صیقلی است و می توان از اثرات زبري صرف نظر نمود.
شکل :1 سطح مقطع لوله بادامکی
براي محاسبه نیروي درگ فشاري وارد بر استوانه روي محیط لوله 14 سوراخ به قطر 1/5 میلی متر ایجاد شده که هر یک از سوراخ ها از داخل لوله بادامکی به یک لوله مسی دایروي به قطر داخلی 1 میلی متر وصل شده اند. براي اندازه گیري توزیع فشار حول لوله بادامکی از یک مانومتر دیجیتال استفاده شده است که دقت آن 1 پاسکال می باشد.
ضریب درگ فشاري از توزیع فشار حول سطح لوله بادامکی توسط رابطه زیر محاسبه شده است.
نتایج
در این مطالعه، تأثیر دیواره بر مشخصه هاي جریان یک لوله بادامکی در جریان عرضی از هوا به صورت تجربی بررسی شده است. به منظور حصول اطمینان از نتایج حاصل شده از دستگاه آزمایش طراحی شده، ضریب درگ یک لوله دایروي با نتایج وایت [11] در شکل 2مقایسه شده است. همان طوري که از شکل فوق مشخص است حدود 3 درصد اختلاف میان نتایج حاضر و نتایج وایت [11] مشاهده شده است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که دقت آزمایش در حد مطلوب است.
شکل :2 ضریب درگ لوله دایروي در جریان عرضی
در شکل هاي 3 تا 6 توزیع فشار روي محیط لوله بادامکی براي حالت هاي مختلف انسداد بررسی شده است. همان طور که مشخص است که با نزدیک شدن دیواره ها به لوله مقادیر ضریب فشار کاهش یافته است، به طوري که در زاویه 180 درجه و اعداد رینولدز 16000 و 18000 با کاهش نسبت انسداد از 7 به 1/5، ضریب فشار به ترتیب از -0/566 به – 1/17 و از -0/658 به – 1/197 کاهش می یابد.
با انتگرال گیري توزیع فشار پیرامون لوله در راستاي جریان ضریب درگ محاسبه شده است. تغییرات ضریب درگ با عدد رینولدز در نسبت هاي انسداد مختلف در شکل 7 نشان داده شده است.
همان طور که مشخص است ضریب درگ به طور پیوسته با افزایش نسبت انسداد کاهش یافته است. علت این کاهش را می توان به تغییر پروفیل سرعت حول لوله بادامکی نسبت داد. بیشترین مقدار ضریب درگ در نسبت انسداد 1/5 برابر با 1/054 و کم ترین مقدار آن در نسبت انسداد 7 برابر با 0/456 است. هم چنین شکل 7 نشان می دهد ضریب درگ براي یک نسبت انسداد مشخص در محدوده 8000 < Reeq < 20000 تغییر نمی کند. در تمامی محدوده عدد رینولدز، هنگامی که نسبت انسداد از 1/5 تا 7 تغییر می کند، ضریب درگ در حدود 57 درصد کاهش یافته است.
