بخشی از مقاله
چکیده
جریان در حال توسعه و توسعه یافته سیال غیرنیوتنی پاورلا در حالت آرام داخل دو لوله هم مرکز بصورت عددي مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج براي شاخص سیالمختلف 0/2≤n≤1/8، محدوده رینولدز10≤Re≤1000و نسبت منظرهاي 0/2 - r* - ، 0/5و 0/8 ارائه شده است. همچنین اثرات شرایط مرزي مختلف برروي عملکرد حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصله براي طول توسعه یافتگی، ضریب اصطکاك، پروفیل سرعت و عدد ناسلت ارائه شده است. نتایج با مقالات موجود مقایسه شده که همخوانی خوبی دارد.
واژگان کلیدي: ناحیه در حال توسعه، ناحیه توسعه یافته، سیال پاورلا، انتقال حرارت جابجایی اجباري، دو لوله هم مرکز
-1 مقدمه
جریان سیال غیرنیوتنی داخل دو لوله هم مرکز کاربردهاي صنعتی فراوانی در: صنایع غذایی، دارویی، آرایشی،انتقال فاضلاب صنعتی، مبدل هاي حرارتی و فرآیند حفاري براي نفت و گاز دارد. تنوع کاربردهاي این موضوع اهمیت بررسی آن را نشان می دهد. یکی از اولین مطالعات جریان سیال غیرنیوتنی در دولوله هم مرکزتوسط - - Fredrickson, 1958 انجام شده که با استفاده از روش تحلیلی - براي جریان توسعه یافته هم دما - رابطه اي براي پروفیل سرعت و ضریب اصطکاك ارائه کردند. در سال هاي بعد این روابط ارائه شده اصلاح شد - Hanks, 1979 - همچنین تحقیقات بعدي منجر به ارائه رابطه اي براي ضریب اصطکاك در ناحیه توسعه یافته شد . - Tuoc, 1994 -
تغییرات در پارامترهاي جریان مانند پروفیل سرعت، عدد ناسلت، و ضریب اصطکاك در ناحیه ورودي و همچنین طول مورد نیاز براي رسیدن به جریان توسعه یافته داراي اهمیت در مهندسی و صنایع است. ناحیه ورودي براي جریان سیال غیرنیوتنی جهت پیش بینی افت فشار بصورت عددي توسط - - Maia, 2003 مورد بررسی قرار گرفته است. رفتار حرارتی سیال نیوتنی همراه با انتقال حرارت در چند مقطع مختلف براي جریان در حال توسعه توسط - - Uzun, 2003 انجام شده است. اما بیشتر مطالعات انجام شده براي سیال غیر نیوتنی مربوط به ناحیه توسعه یافته می شود . رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی سیال غیرنیوتنی پاورلا در حالت توسعه یافته در دولوله خارج از مرکز بصورت عددي توسط - - Manglik, 2002مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شده شاخص رفتار سیال تاثیر زیادي بر عدد ناسلت ندارد.
ترکیبانتقال حرارت جابجایی طبیعی و اجباري براي سیال غیرنیوتنی داخل دولوله هم مرکز با استفاده از روش عددي اختلاف محدود توسط - Ait Messaoudene, 2011 - مورد مطالعه قرار گرفت و اثرات دما برروي پارامترهاي مختلف مانند نیروي شناوري بررسی شد.برخلاف اهمیت جریان سیال غیرنیوتنی به دلیل پیچیدگی معادلات حاکم تحقیقات کمی در این زمینه انجام شده است. همچنین حل تحلیلی کاملی نیز در این راستا وجود ندارد . لذا در این طرح پژوهشی بررسی گسترده اي براي جریان سیال غیرنیوتنی در ناحیه در حال توسعه و توسعه یافته داخل دو لوله هم مرکز براي محدوده ,0.2≤n≤1.8 10≤Re≤1000 و r* - ri/ro - =0.2, 0.5, 0.8 انجام شده است.
-2 معادلاتحاکم
جریان سیال غیرنیوتنی پاورلا همراه با انتقال حرارت داخل دو لوله هم مرکز افقی با شعاع داخلی ri و شعاع خارجی r-oبصورت عددي مورد مطالعه قرار گرفته است. جریان حاکم تراکم ناپذیر، دائم، آرام و خواص ترمودینامیکی مستقل از دما در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم براي حل این مسئله عبارتند از:
که ، φو به ترتیب مولفه هاي مختصات استوانه اي در جهت هاي شعاعی، محیطی و محوري اند. برايجمله تنشبرشی در سیال غیر نیوتنی مطابق مدل پاورلا در حالت کلی روابط زیر حاکم خواهد بود.که در رابطه بالا ویسکوزیته ظاهري و تنش برشی کلی می باشد. براي محاسبه ویسکوزیته ظاهري از روابط زیر استفاده می شود.که m ضریب سازگاري و n ضریب رفتار سیال است. جهت بررسی موضوع مورد نظر شرایط مرزي به صورت زیر میباشد. سه شرط مرزي حرارتی مختلف که براي دیوار داخلی و خارجی مورد استفاده قرار گرفته اند عبارتند از: شار حرارتی ثابت - CHF - ، دماي سطح ثابت - CWT - و عایق. در این جا از تعریف رینولدز اصلاح شده استفاده شده در [5]معرفی شده است.که Wb سرعت متوسط در جهت z بوده و Dh قطر هیدرولیکی می باشد. C1 و C2 پارامترهاي ثابت بوده که وابسته به r* ri /ro می باشند.در جریان هاي داخلی یکی از پارامترهاي مهم افت فشار ودر نتیجه تعیین ضریب اصطکاك است که از تعادل نیروها تعیین می شود.
