بخشی از مقاله
چکیده
بیشتر مطالعات انجام شده در واحد داخلی کولرهای دوتکه بر روی افزایش بازده و کاهش دما متمرکز میباشد. در این مقاله تاثیر زاویه پره راهنمای خروجی بر روی کاراکترهای جریان در واحد داخلی کولر دوتکه بررسی شده است. چهار زاویه مختلف 45، 58، 80 و 116 درجه بررسی شده است. از نرمافزار فلوئنت برای شبیهسازی جریان سهبعدی سیال لزج تراکمناپذیر روی شبکه تولیدی استفاده شده است.
مبدل حرارتی به عنوان یک محیط متخلخل در نظر گرفته شده است. نتایج شبیهسازی به صورت کانتورهای فشار و سرعت در اطراف پره راهنمای خروجی در واحد داخلی کولر دوتکه نشان داده شده است. همچنین گردابههای ایجاد شده برروی پره راهنما در چهار حالت با هم مقایسه شده است. تغییرات سرعت در خروجی کولر برای چهار پره با زاویه مختلف مقایسه شده است. نتایج نشان میدهد در زاویه 58 درجه بهترین عملکرد در خروجی کولر ایجاد شده است.
مقدمه
علوم طراحی بهکمک رایانه و دینامیک سیالات محاسباتی به منظور بررسی جریان سیال درون دمنده جریان متقاطع موجود در واحد داخلی یک کولر دوتکه مورد استفاده قرار گرفته است. دینامیک سیالات محاسباتی امکان شبیهسازی جریان سهبعدی سیال لزج تراکم ناپذیر در واحد داخلی کولر دوتکه را فراهم نموده است. به طور کلی شبیهسازی جریان به کمک دینامیک سیالات محاسباتی در سه مرحله انجام میشود.
مرحله اول پیشپردازش میباشد، در این مرحله مدلسازی هندسی، ایجاد نواحی محاسباتی و تولید شبکه شکل میگیرد. در مقاله حاضر مدلسازی هندسی بهوسیله طراحی به کمک کامپیوتر - CAD - و با کمک نرم افزار سالیدورکس و تولید شبکه محاسباتی با کمک نرمافزار گمبیت انجام می شود. در مرحله دوم به حل جریان به روش حجم محدود پرداخته میشود. در آخرین مرحله ارائه نتایج و بررسی و تحلیل آنها انجام میشود.
بیشتر تحقیقات انجام شده بر روی واحد داخلی کولرهای دوتکه دو بعدی یا بهصورت تجربی میباشند. کاسارسا و همکارش جریان سه بعدی در فنهای جریان متقاطع را به صورت تجربی بررسی کردند. از سرعتسنج تصویری ذرات - PIV - به دلیل کیفیت و دقت بالای تصاویر استفاده شده است .[1] کارادنیز و همکاران توزیع دما و جریان در بخش داخلی کولر دو تکه را با استفاده از دماسنج مادون قرمز و عکسهای سهبعدی به صورت تجربی بررسی کردند. آنها نشان دادهاند واکنش بین فن و محفظه یکی از دلایل ایجاد صدا و ارتعاش از کولر میباشد .
لیو و همکاران صدای آیرودینامیک موجود در واحد داخلی یک کولر دو تکه را مورد مطالعه قرار دادند. تحلیل عددی خود را به صورت دوبعدی انجام دادهاند. مبدل حرارتی موجود در کولر را ناحیه متخلخل در نظر گرفتند .[کوملوتاس و همکاران جریان و انتقال حرارت در بخش داخلی کولر دو تکه را بررسی کردهاند. آنها یک مدل سه بعدی نازک را با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی بررسی کردند. به منظور صحت سنجی نتایج توزیع دما و جریان به صورت تجربی بررسی شده است. اختلاف بین نتایج عددی و تجربی ./26 درصد میباشد .
مدلسازی هندسی
واحد داخلی کولر دو تکه شامل چهار بخش اصلی پوسته، مبدل حرارتی، پروانه فن جریان متقاطع و پرههای راهنما در بخش خروجی میباشد. ابتدا پروانه فن جریان متقاطع مدل شده است. این پروانه دارای 35 پره روبهجلو میباشد. مدل هندسی پروانه دمنده جریان متقاطع در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل :1 پروانه دمنده جریان متقاطع
پس از مدلسازی هندسی پروانه، اجزای دیگر کولر مدل شده است. مبدل حرارتی اطراف پروانه محیط متخلخل فرض شده است. به همین دلیل مبدل حرارتی بهصورت یک حجم یکپارچه مدل شده است. در ادامه محفظه واحد داخلی کولر دوتکه به همراه پرهی راهنمای خروجی مدل شده است. مدل هندسی واحد داخلی کولر دوتکه در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل :2 نمایی از مدل هندسی واحد داخلی کولر دوتکه
هدف از این مقاله تاثیر زاویه پره راهنمای خروجی جریان در واحد داخلی کولر دوتکه میباشد. به همین منظور ابتدا چهار مدل هندسی با زاویههای 45، 58، 80 و 116 درجه تولید شده است. نمایی از چهار زاویه مختلف پرهی راهنمای خروجی در واحد داخلی کولر دوتکه در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل :3 نمایی از چهار زاویه مختلف پره راهنمای خروجی
تولید شبکه
اجزای مدل شده با شبکه بیسازمان گسسته شدهاند. تولید شبکه در پروانه دمنده جریان متقاطع، ناحیه میان پروانه، ناحیه بین مبدل حرارتی و پروانه، فضای میان ورودی سیال و مبدل، مبدل حرارتی، دامنه محاسباتی ورودی و دامنه محاسباتی خروجی سیال انجام شده است. به دلیل پیچیده بودن هندسه مسیر سیال از شبکه بیسامان برای تمامی حجمها استفاده شده است. این شبکه دارای 1809960 سلول تتراهدرال میباشد. نمایی از شبکه تولید شده بر روی نواحی سیال در واحد داخلی کولر دوتکه در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل :6 نمای نزدیک از سلولهای شبکه در پروانه
شکل:4 نمایی از شبکه تولید شده بر روی دامنه محاسباتی
پروانه فن جریان متقاطع دارای 35 پره میباشد. برای تولید شبکه بر روی سطحهای پره از شبکه باسازمان استفاده شده است. تولید شبکه بر روی سطوح چرخان در شکل 5 نشان داده شده است.
معادلات حاکم
معادلات حاکم بر رفتار جریان شامل قانون بقای جرم و مومنتوم می-باشند. قانون بقای جرم و مومنتوم در معادلات 1و 2 نشان داده شده است .
در معادله 2، تنش برشی و Ui/U /j تنشهای نوسانی می باشند. برای حل معادله مومنتوم نیاز به یک مدل ریاضی برای تنش-های نوسانی آشفته میباشد. برای شبیهسازی جریان آشفته، از مدل k- UHDOL]DEOH استفاده شده است .[6] در این مدل انرژی جنبشی آشفتگی - K - و نرخ استهلاک آشفتگی - - ، از معادلات 3و 4 بهدست میآیند:
باتوجه به فاصله بسیار کم تیغههای مبدل حرارتی در واحدداخلی کولر دوتکه مبدل حرارتی یک محیط متخلخل در نظر گرفته شده است
شبکه تولید شده بر روی سطوح چرخان شده است. به منظور حل جریان در مبدل حرارتی از مدل Power-نمایی نزدیک از شبکه تولید شده بر روی سطوح چرخان در law استفاده شده است .[8] در این روش نیاز به وارد کردن ضرائبمقاومت اینرسی و مقاومت ویسکوز نمیباشد. ضرائب C0 ، C1 درشکل 6 نشان داده شده است. این ناحیه در شکل 5 مشخص شده است.
