Υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης στο ροϊκό και θερμικό πεδίο ενός U-tube με σταθερή θερμοκρασία τοιχωμάτων, του σχήματος της διατομής του για βέλτιστη αξιοποίηση των φαινομένων καμπυλότητας
Loading...
Date
2023-03-09
Authors
Ζιαβράς, Χρήστος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η ενεργειακή κρίση είναι ένα μείζον πρόβλημα στις μέρες μας, το οποίο δημιουργεί δυσκολίες σε διάφορες πτυχές της ζωής μας. Για να επιτευχθεί εξοικονόμηση ενέργειας, είναι σημαντικό να εξεταστούν λύσεις που μπορούν να ενισχύσουν την μεταφορά θερμότητας και να επιτύχουν μικρότερη πτώση πίεσης. Ο σωλήνας U είναι ένας πολύ διαδεδομένος τύπος σωλήνα, καθώς εφαρμόζεται σχεδόν παντού, λόγω της ικανότητάς του να προσφέρει γεωμετρικά λύσεις σε περιορισμένο χώρο και να αξιοποιεί τις φυγόκεντρες δυνάμεις για τη βελτίωση της ροής και των θερμικών χαρακτηριστικών ενός συστήματος. Έτσι καταφέρνει να μειώσει σημαντικά το συνολικό κόστος κατασκευής και λειτουργίας. Στην παρούσα μελέτη εξετάζονται διάφορες διατομές σωλήνα σχήματος U όσον αφορά τη ροή και τη θερμική τους απόδοση. Πιο συγκεκριμένα, έγινε αναλυτική μελέτη για κυκλική, ελλειπτική, ορθογώνια και τραπεζοειδή διατομή, παρέχοντας καλή συγκριτική κατανόηση των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό αυτών των σωλήνων. Οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του υπολογιστικού πακέτου Ansys Fluent 2020R2, με σταθερή υδραυλική διάμετρο 38mm και αριθμό Reynolds 10000 για όλα τα μοντέλα. Για τις ελλειπτικές και τραπεζοειδείς διατομές, 3 και 2 αντίστοιχα, προσφέρονται εναλλακτικές διαστάσεις, με βάση σταθερούς λόγους μήκους. Το ρευστό που χρησιμοποιείται είναι νερό, που εισέρχεται στους σωλήνες στους 298,15K και περίπου 1atm, με σταθερή θερμοκρασία τοιχωμάτων στους 353,15K. Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι η κυκλική διατομή προσέφερε στην έξοδο την υψηλότερη μέση θερμοκρασία και μέση εφαπτομενική ταχύτητα, ενώ η ελλειπτική διατομή προσέφερε τη μικρότερη πτώση πίεσης, ανάλογα όμως με τον προσανατολισμό της στο χώρο. Οι αιχμηρές γωνίες προκαλούν αρνητική επίδραση στην ικανότητα μεταφοράς θερμότητας καθώς και στις παραμέτρους ροής.
Description
Keywords
Τυρβώδης ροή, Σωλήνας U, Διαφορετικές διατομές, Βελτίωση μεταφοράς θερμότητας, Υπολογιστική διερεύνηση ρευστών