Υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης τροποποιημένων τοιχωμάτων αγωγού U, με χρήση κοιλοτήτων διαφόρων διαμέτρων και διατάξεων, στο θερμικό και ροϊκό πεδίο σε συνθήκες στρωτής και τυρβώδους ροής
Loading...
Date
2025-10-06
Authors
Κωστούλας, Ιωάννης
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η τροποποίηση των τοιχωμάτων ενός αγωγού αποτελεί έναν πολύ αποδοτικό τρόπο για την ενίσχυση της μεταφοράς θερμότητας στο ρευστό που ρέει σε αυτόν. Παρόλη την εκτενή βιβλιογραφία των εφαρμογών πάνω σε ευθύγραμμους αγωγούς, οι αναφορές για καμπύλους αγωγούς είναι αρκετά περιορισμένες. Στο πλαίσιο αυτό, την παρούσα εργασία μοντελοποιούνται εννέα διαφορετικές διατάξεις τροποποιημένων τοιχωμάτων ενός καμπύλου αγωγού U, με χρήση ημισφαιρικών κοιλοτήτων. Η ανάλυση έγινε στο υπολογιστικό περιβάλλον του fluent, για ένα μεγάλο εύρος αριθμών Reynolds, για στρωτή, μεταβατική και τυρβώδη ροή, για συνθήκες σταθερής θερμοκρασίας τοιχώματος και θερμοκρασίας εισόδου του ρευστού.
Στο πρώτο μέρος της εργασίας, αναφέρονται οι βασικότερες θεωρητικές έννοιες της ρευστομηχανικής και της μεταφοράς θερμότητας. Επίσης, παρουσιάζονται οι μέθοδοι με τις οποίες ενισχύεται η μεταφορά, με ειδική αναφορά στους vortex generators, ενώ αναλύονται εκτενώς και οι καμπύλοι αγωγοί, μαζί με τις ιδιαιτερότητες που παρουσιάζουν. Επιπλέον, γίνεται προσπάθεια συνδυασμού των καμπύλων αγωγών με τα vortex generators. Τέλος, γίνεται μία εισαγωγή στο περιβάλλον του Ansys Fluent.
Στο κύριο μέρος της εργασίας, αναλύεται όλη η διαδικασία σχεδιασμού της γεωμετρίας, της διακριτοποίησης, των απαιτούμενων υπολογιστικών ελέγχων και των προσομοιώσεων των μοντέλων. Αναφέρονται οι αρχικές συνθήκες, τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν, τα μοντέλα τύρβης, οι αριθμοί Re και οι μέθοδοι επίλυσης.
Τέλος, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων με την βοήθεια διαγραμμάτων και πινάκων. Παρατηρείται πως η χρήση κοιλοτήτων στα τοιχώματα του αγωγού επιφέρει αποδοτικότερη μεταφορά θερμότητας στο εργαζόμενο ρευστό. Παράλληλα, τα αποτελέσματα έδειξαν αυξημένη πτώση πίεσης, πάντα συγκριτικά με τον αγωγό χωρίς κοιλότητες.
Συμπερασματικά, η απόδοση των κοιλοτήτων είναι καλύτερη στην περιοχή της στρωτής ροής και μεγιστοποιείται στο μεταβατικό στάδιο. Στην τυρβώδη ροή, η απόδοση είναι μικρότερη, αλλά σημαντική σε μερικά από τα μοντέλα. Παρόλα αυτά, η χρήση των κοιλοτήτων υπόσχεται ακόμα πολύ καλύτερα αποτελέσματα και αξίζει να αναλυθεί σε μεγαλύτερο βαθμό.
Description
Keywords
Καμπύλοι αγωγοί, Ενίσχυση μεταφοράς θερμότητας, Γεννήτριες στροβίλων, Κοιλότητες, Υπολογιστική ρευστομηχανική