بخشی از مقاله
چکیده
هدف این مقاله شبیه سازی و حل عددی جریان مغشوش سه بعدی در خم ها با زوایای مختلف بوده است. این شبیه سازی به کمک نرم افزار ANSYS FLUENT انجام شده و در آن پارامتر های سرعت، فشار، دما و انرژی جنبشی توربولانس برای سه نانوسیال با نانوذرات CuO، Al2O3 و Sic و سیال پایه آب مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه سازی اثرات دیواره از تابع دیوار استاندارد و برای رابطه بین سرعت و اصلاح فشار از الگوریتم SIMPLEC استفاده شده است.
از بررسی کانتورهای سرعت، فشار و دما و همچنین متوسط سرعت، فشار و دما برای مقاطع خروجی خم 90 درجه و صفحه تقارن خم 90 درجه میتوان دریافت که مقدار متوسط دما برای نانوسیال CuO بزرگتر از 2 3 و برای 2 3 بزرگتر از Sic است، و بالعکس مقدار متوسط انرژی جنبشی توربولانس برای نانوسیال Sic بیشتر از 2 3 و 2 3 بیشتر از CuO است.
-1 مقدمه
جریان در خم ها به سادگی جریان در لوله های موازی نبوده و به راحتی با فرض جریان موازی قابل حل نیست. آنچه بین خم ها و لوله های موازی تفاوت عمده ایجاد میکند جریان ثانویه ای است که در خم ها اتفاق میافتد. زمانی که سیال در یک لوله خمیده جریان مییابد، اختلاف فشاری جهت موازنه نیروی گریز از مرکز ناشی از انحناء خم مورد نیاز است. اگر لوله را طوری در نظر بگیریم که روی یک سطح افقی قرار داشته باشد، سیال در نواحی بالا و پایین لوله کندتر از سیال در نواحی مرکزی حرکت میکند و به اختلاف فشار کمتری جهت ایجاد توازن با نیروی گریز از مرکز نیاز دارد. در نتیجه جریانی به وجود میآید که در آن سیال کندتر به سمت داخل خم و سیال ناحیه میانی به سمت خارج خم حرکت میکند. این جریان به عنوان جریان ثانویه شناخته میشود در نتیجه این جریان ثانویه ناحیه ماکزیمم سرعت در جریان اصلی به سمت دیواره خارجی خم منتقل میشود.
موارد استفاده از خم ها در صنعت بیشمارند؛ و آنچه بیشتر مورد توجه محققان قرار گرفته مباحث انتقال حرارتی است. همانطور که پیش از این محققانی همچون دین در سالهای 1927 و 1928 اشاره کرد، وی نشان داد که دینامیکجریان در خم به پارامتر بیبعد = - - 1⁄2 × - 2 - بستگی داردکه در این رابطه w سرعت متوسط در طول لوله، v ویسکوزیته سینماتیکی 2a قطر لوله و r شعاع لوله است. این عدد بیبعد به عنوان عدد دین شناخته میشود و در حقیقت نسبت نیروهای اینرسی و گریز از مرکز به نیروی ویسکوز را نشان می دهد
رائو - 1970 - جریان درهم آب را در یک خم 180 درجه با نسبت شعاع انحنای 24، مورد مطالعه قرار داد و فشار و زاویه انحراف جریان، نسبت به محور زانویی را در105 2/36 × اندازه گیری نمود .
در سال 1982 سودو و همکاران به طور تجربی میدان مغشوش عبوری از یک زانویی 90 درجه با سطح مقطع دایره و نسبت شعاع انحناء 4 را اندازهگیری کردند. در این تحقیق که سیال مورد بررسی هوا بود مقدار سرعتV=8/7 ⁄ و عدد رینولدز جریان 6 × 104 بود
گریگوری و همکاران [6] شبیهسازی جریان مغشوش سه بعدی آب با استفاده از مدل اغتشاشی RNG k- و تابع دیوار استاندارد را انجام و کانتور ها و بردارهای سرعت و فشار را برای چند مقطع از خم 90 درجه ارائه دادند.
در این تحقیق به ارائه کانتورها و بردارهای سرعت، فشار، دما و انرژی جنبشی توربولانس برای سه نانو سیال CuO و 2 3 وSiC پرداخته می شود.
-2مدل هندسی و شبکه بندی
هندسه مسئله در حالت سه بعدی برای خم 90، 60، 45 و 22/5 درجه با قطر 2 سانتی متر در شکل - 1 - نشان شده است. نسبت شعاع انحناءr/d= 2 است. شکل های - 2 - و - 3 - مربوط به شبکه بندی هندسه مسئله با استفاده از نرم افزار ICEM است.
شکل - 1 - هندسه خم با زوایای مختلف
شکل - 2 - شبکه سطح مقطع خم 90 درجه
شکل - 3 - شبکه دیواره خم 90 درجه
-3ویژگی نانوسیالات
نانوسیالات، سوسپانسیونی از ذرات معلق در مقیاس نانو در سیالی پایه هستند که عمده استفاده آنها برای بالا بردن ضریب انتقال حرارت سیال پایه است. این نانوذرات هم میتوانند اکسیدهایی همچون اکسید مس، اکسید آلومینیوم و یا دیگر اکسیدها باشند و یا اینکه میتوانند از فلزاتی همچون مس، نقره و یا طلا به دست آیند. در جدول - - 1 سه نانوذره که در مسئله مورد استفاده قرار میگیرند همراه با خواص فیزیکی آنها ارائه شده است. همچنین در جدول - - 2 برخی تئوری های مربوط به نانوسیالات ارائه شده است. هر یک از این روابط مربوط به تئوری محققان خاصی است که با ذکر مرجع در کنار اسم هرکدام اطمینان از صحت هر رابطه حاصل میشود.
