بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش به بررسی عددی جریان و انتقال حرارت سیال در یک کانال دو بعدی حول یک مانع مربعی متصل به یک تیغه انعطافپذیر در ضریب انسدادهای مختلف کانال 4، 5 و 6 پرداخته شده است. در این کانال رژیم جریان آرام، دائم وپروفایل سرعت کاملاً توسعهیافته در نظر گرفته شده است
نتایج این پژوهش نشان میدهد که افزایش افزایش ضریب انسداد کانال موجب کاهش جابجایی تیغه انعطافپذیر شده میشود و این کاهش جابجایی سبب کاهش انتقال حرارت در کانال میشود کاهش جابه جایی تیغه انعطافپذیر سبب کاهش عدد ناسلت و راندمان حرارتی میشود در این بررسی افزایش ضریب انسداد کانال سبب کاهش راندمان حرارتی کانال به میزان 32/32 و همچنین کاهش عدد ناسلت به میزان 4/93 درصد شده است.
-1 مقدمه
تعامل بین سیال و جامد را یک کلاس از مساِئل با وابستگی متقابل بین سیال و جامد می توان دانست که در آن رفتار جریان سیال متاثر از شکل جامد و حرکت آن بوده و همچنین حرکت و تغییر شکل جامد نیز متاثر از نیروی جریان سیال است امروزه ما FSI را در بیشتر پدیدههای مهندسی، پزشکی و زندگی روزمره مشاهده میکنیم از کاربردهای FSI میتوان به ساخت بالههای هواپیما، پرههای توربین گاز، کیسه هوای خودروها، چتر نجات سفینهها، قلب مصنوعی، رگهای مصنوعی و غیره اشاره کرد.
در مسئله حاضر با توجه به این که ماهیت مسئله بیشتر افزایش انتقال حرارت است، از موارد استفاده آن می-توان در زمینه های برداشت انرژی در میکروسیستمها، خنکسازی میکروالکترونیکها با استفاده از فنهای پیزوالکتریک و افزایش انتقال حرارت در میکروکانالها با استفاده از نوسان مژههای مصنوعی اشاره کرد.
-2 روش اجرا
1-2 جفتشدگی دوطرفه1
در این روش برای محاسبه تغییر شکل نیز از اختلاف جابجایی استفاده میشود. در این بین ارتباط بین هر یک از نودها با بهرهگیری از مدل فنر مدلسازی شده که هر یک از آنها دارای سختی مخصوص به خود میباشد. این سختیها توانایی تغییر داشته و از هر نود به نود دیگر متفاوت خواهد بود. این نوع از جفتشدگی زمانی مورد استفاده قرار میگیرد که حرکت سیال و جامد به صورت متناوب بر همدیگر اثر گذار باشد. در این جفتشدگی همچنان که فشار سیال بر جامد اثر میگذارد، جابجایی قسمت جامد نیز به عاملی تأثیرگذار بر سیال بدل خواهد شد.
با توجه به شکل 1 میتوان مشاهده کرد که در اولین مرحله نیروهای حاصل از محاسبه و همگرایی قسمت سیال برای اثرگذاری بر قسمت جامد آماده میشوند. پس از آماده سازی، در مرحله بعد این نیروها توسط شبکه سیال به سطح شبکهبندی شده جامد انتقال یافته تا حل قسمت جامد آغاز گردد.
واکنش ساختار به این نیروهای افزوده شده، جابجایی شبکه جامد را به همراه داشته که به طبع تغییر شکل آن را در پی دارد. پس از آن و در مرحله بعد حل قسمت جامد و جابجایی ایجاد شده آن در فصل مشترک بین سیال و جامد به شبکهبندی سیال منتقل گردیده که این عمل سبب تغییر یافتن شکل شبکهبندی سیال میشود. این مراحل تا زمان رسیدن به دقت محاسبات دلخواه در قسمت سیال و جامد ادامه مییابد و بعد از حصول این دقت و همگرا شدن جوابها به مرحله زمانی بعدی رفته و حل در زمان بعد شروع میگردد.
شکل .1 الگوریتم جفتشدگی دوطرفه
-3 مروری بر پژوهشهای گذشته
در سال 2011 آل امیری2 و همکارانش [1] در یک حفره با صفحه بالای ثابت و چایین انعطافپذیر، به بررسی اثر ارتعاش صفحه انعطافپذیر بر نرخ انتقال حرارت پرداختند نتایج کار آنها نشان داد که افزایش انتقال حرارت در حفرهای با صفحه انعطافپذیر بیشتر از خفرهای است که صفحات آن ثابت هستند.
در سال 2014 دی نایر1 و همکارانش [2] در یک کانال سه بعدی با مانع استوانهای و تیغه انعطافپذیر به بررسی تاثیر ارتعاش صفحه بر نرخ انتقال حرارت پرداختند. نتایج کار آنها نشان داد که نرخ انتقال حرارت در حالتی که صفحه ارتعاش داشته باشد، افزایش می یابد.
در سال 2016 هالترمن2 و همکارانش [3] در یک کانال دو بعدی با مانع استوانهای و تیغه انعطافپذیر به بهبود روش حداقل مربعات معکوس شبه نیوتنی پرداختند نتایج کار آنها نشان داد که بهبود روش ذکر شده میزان تکراها و زمان اجرا را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد.
در سال 2013 کالباچ3 و همکارانش [4] در یک کانال سه بعدی با مانع استوانهای و تیغه انعطافپذیر متصل به صفحه صلب به بررسی تاثیر صفحه صلب بر ارتعاش تیغه انعطافپذیر پرداختند نتایج کار آنها نشان داد میزان بینظمی وارتعاش در نمونهای با صفحه صلب بیشتر از حالتی که صفحه صلب وجود نداشته باشد.
در سال 2010 خنافر4 و همکارانش [5] در یک کانال دو بعدی با مانع و تیغه انعطافپذیر به بررسی تاثیر ارتفاع مانع برتغییر ارتعاش صفحه انعطافپذیر پرداختند نتایج کار آنها نشان داد که ارتعاش صفحه در حالت بیشترین سرعت و ارتفاع، ماکزیمم مقدار خود را دارد.
در سال 2012 لیو5 و همکارانش [6] در یک کانال استوانهای انعطافپذیر به بررسی تاثیر رژیمهای جریان بر ارتعاش استوانه پرداختند نتایج کار آنها نشان داد ارتعاشات استوانه در سرعت پایین و رژیم جریان آرام بیشتر از سرعت زیاد و رژیم جریان مغشوش است گرچه در حالت جریان مغشوش تغییر شکل استوانه بیشتر از حالت جریان آرام است.
در سال 2015 منانتائو6 و همکارانش [7] در یک کانال دو بعدی به بررسی اثر تیغه های غیر قابل انعطاف بر نرخ انتقال حرارت و اعتبار سنجی آن با کانال دارای استوانه و صفحه انعطافBپذیر پرداختند نتایج کار آنها نشان داد که افزایش انتقال حرارت در کانال دارای استوانه و صفحه انعطافپذیر در مقایسه با کانال مورد بررسی 134 بیشتر است.
در سال 2011 گومز7 و همکارانش [8] در یک کانال سه بعدی با مانع استوانهای و تیغه انعطافپذیر به بررسی تاثیر ارتعاش صفحه بر نرخ انتقال حرارت پرداختند. نتایج کار آنها نشان داد که نرخ انتقال حرارت در حالتی که صفحه ارتعاش داشته باشد، افزایش می یابد.
در سال 2014 شای8 و همکارانش [9] در یک کانال سه بعدی با مانع استوانهای و تیغه انعطافپذیر به بررسی تاثیر ارتعاش صفحه بر نرخ انتقال حرارت پرداختند نتایج کار آنها نشان داد که نرخ انتقال حرارت در حالتی صفحه ارتعاش داشته باشد، بیشتر از حالاتی است که صفحه ساکن یا داخل کانال استوانه و صفحهای وجود نداشته باشند، است.
