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
| datacite.contributor.RelatedPerson | Πανίδης, Θρασύβουλος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Περράκης, Κωνσταντίνος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Παπαδόπουλος, Πολύκαρπος | |
| dc.contributor.author | Ζιαβράς, Χρήστος | |
| dc.contributor.other | Ziavras, Christos | |
| dc.date.accessioned | 2023-02-23T11:31:18Z | |
| dc.date.available | 2023-02-23T11:31:18Z | |
| dc.date.issued | 2023-03-09 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.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. | |
| dc.description.translatedabstract | Energy crisis is a critical problem nowadays, which is creating challenging conditions in various aspects of live. To achieve energy conservation, it is important to examine solutions that can create enhanced heat transfer and less pressure drop. The U-tube is a very common type of pipe, since it is applied almost everywhere due to its ability to accommodate highly packed structures in a very limited space and utilizing the centrifugal forces for improving the flow and thermal characteristics of a system, thus lowering significantly the overall construction and operating cost. In this study, various cross sections of a U-tube are examined regarding their flow and thermal performance. More specifically, an analytical study of a circular, elliptical, rectangular and trapezoidal cross section was made, providing better comparative understanding of the phenomena taking place inside these pipes. The simulations were conducted using Ansys Fluent 2020R2 computational package, with a standard hydraulic diameter of 38mm and at Reynolds Number 10k. For the elliptical and trapezoidal cross sections, 3 and 2 respectively, alternative dimensions are offered, based on constant length ratios. The working fluid is water, entering the tubes at 298.15K and ca. 1atm, with constant wall temperature at 353.15K. The simulations showed that the circular cross section offered at the outlet the highest mean temperature and mean tangential velocity, while the elliptical cross section offered the smallest pressure drop, depending though on its orientation in space. Sharp corners caused a negative effect on heat transfer ability as well as on flow parameters. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/24551 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | CC0 1.0 Universal | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ | * |
| dc.subject | Τυρβώδης ροή | |
| dc.subject | Σωλήνας U | |
| dc.subject | Διαφορετικές διατομές | |
| dc.subject | Βελτίωση μεταφοράς θερμότητας | |
| dc.subject | Υπολογιστική διερεύνηση ρευστών | |
| dc.subject.alternative | Turbulent flow | |
| dc.subject.alternative | U-tube | |
| dc.subject.alternative | Cross section variations | |
| dc.subject.alternative | Heat transfer enhancement | |
| dc.subject.alternative | CFD simulations | |
| dc.title | 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 | |
| dc.title.alternative | Computational analysis of the effect in the flow and thermal region of a U-tube with constant wall temperature, of the shape of its cross section for maximum exploitation of the curvature effects |