Yπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης στο ροϊκό και θερμικό πεδίο ενός αγωγού σχήματος U, ζευγών delta winglets ως vortex generators, για διαφορετικές διατάξεις των ζευγών, σε στρωτή και τυρβώδη ροή

Loading...
Thumbnail Image

Date

0003-07-24

Authors

Ναούμης, Φώτης

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

Οι γεννήτριες δινών (vortex generators) αποτελούν πολύ αποδοτικό τρόπο για την ενίσχυση της μεταφοράς θερμότητας εντός αγωγών. Ωστόσο, παρόλο που έχουν γίνει πολυάριθμα πειράματα για την χρήση τους σε ευθύγραμμους αγωγούς σε καμπύλους αγωγούς έχουν μελετηθεί ελάχιστα. Έτσι στην παρούσα εργασία δοκιμάζονται τρεις διαφορετικές διατάξεις τριγωνικών vortex generator, σε μορφή common flow down, εντός καμπύλου αγωγού με σκοπό την ενίσχυση μεταφοράς θερμότητας. Η ανάλυση έγινε με σταθερή θερμοκρασία τοιχωμάτων για διάφορους αριθμούς Reynolds που είναι στο εύρος της στρωτής και της τυρβώδης ροής, έτσι ώστε να μελετηθεί η ευρύτερα επίδραση των vortex generator στο ροϊκό και θερμικό πεδίο. Αρχικά, παρουσιάζονται οι βασικές θεωρητικές γνώσεις ρευστομηχανικής και μετάδοσης θερμότητας όπου είναι απαραίτητες για τον αναγνώστη. Έπειτα αναφέρονται οι ιδιαιτερότητες της ροής εντός καμπύλων αγωγών και τα βασικά χαρακτηριστικά των vortex generator. Τέλος γίνεται εισαγωγή σε θέματα υπολογιστικής ρευστομηχανικής και στο περιβάλλον του Fluent Ansys όπου γίνονται οι προσομοιώσεις της παρούσας εργασίας. Στο κύριο μέρος της εργασίας παρουσιάζεται τα σχέδια, η διαδικασία της διακριτοποίησης, η ποιότητα του πλέγματος, ενώ πραγματοποιείται μελέτη ανεξαρτητοποίησης του πλέγματος και εξάγεται ο βέλτιστος αριθμός υπολογιστικών στοιχείων που απαιτούνται. Στην συνέχεια αναφέρονται οι αρχικές συνθήκες και τα μοντέλα τύρβης που χρησιμοποιούνται στην εκάστοτε περίπτωση. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων παρουσιάζονται αρχικά για όλους τους αριθμούς Reynolds. Παρατηρείται πολύ σημαντική αύξηση στον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας Nusselt, της τάξεως του 115% στην γεωμετρία με τα περισσότερα vortex generator. Αλλά σημαντική αύξηση έχει και ο συντελεστής τριβής που φθάνει το 383% στους μεγαλύτερους αριθμούς Reynolds. Έπειτα τα αποτελέσματα των αναλύσεων παρουσιάζονται κατά μήκος του αγωγού για αριθμούς Reynolds 1000 και 20000, ώστε να μελετηθεί η στρωτή και η τυρβώδης ροή αντίστοιχα. Συμπερασματικά παρατηρώ πως η χρήση των vortex generator εντός καμπύλων αγωγών είναι βέλτιστη κοντά στο μεταβατικό στάδιο από στρωτή σε τυρβώδη ροή, ενώ σε πολύ υψηλούς αριθμούς Reynolds παρατηρείται πολύ μεγάλη αύξηση στον συντελεστή τριβής σε σχέση με την μικρή αύξηση στον συντελεστή Nusselt. Ωστόσο η χρήση τους σε καμπύλους αγωγούς μπορεί να είναι πολύ αποδοτική και αξίζει να αναλυθεί περεταίρω.

Description

Keywords

Καμπύλοι αγωγοί, Γεννήτριες δινών, Ενίσχυση μεταφοράς θερμότητας, Υπολογιστική ρευστοδυναμική

Citation