دانلود مقاله مطالعه و بررسی جریان سیال و انتقال حرارت

فهرست:

1
1-1 جدایش جریان .......................................................................................................................................................................................... 1
1-2 نحوه تشکیل و پخش گردابه ........................................................................................................................................................... 7
1-3 کاربرد جریان¬بندها در مهندسی ............................................................................................................................................... 18

فصل دوم: مروری بر فعالیت¬های تحقیقاتی گذشته 21
2-1 مقدمه ....................................................................................................................................................................................................... 21
2-2 هندسه یک سیلندری در جریان آرام ........................................................................................................................... 21
2-3 هندسه یک سیلندری در جریان مغشوش ................................................................................................................ 31
2-4 هندسه چند سیلندری در جریان آرام .......................................................................................................................... 39
2-5 هندسه چند سیلندری در جریان مغشوش .............................................................................................................. 48

فصل سوم: بیان مسأله مورد نظر و معادلات حاکم بر آن 59
3-1 طرح مسأله فعلی و جایگاه آن ............................................................................................................................................ 59
3-2 هندسه مسأله ................................................................................................................................................................................... 62
3-3 معادلات حاکم در جریان آرام ............................................................................................................................................ 63
3-3-1 میدان جریان سیال ........................................................................................................................................................ 63
3-3-2 میدان دما و انتقال حرارت ........................................................................................................................................ 67
3-4 معادلات حاکم در جریان مغشوش .................................................................................................................................... 69
3-4-1 میدان جریان سیال و دما ........................................................................................................................................ 69
3-5 جمع¬بندی معادلات ..................................................................................................................................................................... 72
3-6 روش حل مسأله ............................................................................................................................................................................. 74
3-7 شرایط مرزی و نحوه اعمال آنها ......................................................................................................................................... 87
3-7-1 مقدمه ..................................................................................................................................................................................... 87
3-7-2 شرط مرزی ورودی ...................................................................................................................................................... 87
3-7-3 شرط مرزی خروجی ................................................................................................................................................... 89
3-7-4 شرط مرزی دیوار ........................................................................................................................................................... 90
3-7-5 شرط مرزی تقارن ........................................................................................................................................................ 92

فصل چهارم: نتایج جریان آرام 94
4-1 مقدمه ...................................................................................................................................................................................................... 94
4-2 مقایسه نتایج بدست آمده برای هندسه یک سیلندری با نتایج موجود ................................................ 95
4-3 مطالعه شبکه ..................................................................................................................................................................................... 99
4-4 مطالعه نسبت انسداد ................................................................................................................................................................ 105
4-5 تحلیل نتایج رژیم جریان آرام ........................................................................................................................................... 118
4-5-1 تحلیل نتایج جریان سیال برای فاصله بین سیلندری ثابت G=5 ........................................ 118
4-5-2 تحلیل نتایج جریان سیال برای فواصل بین سیلندری مختلف ................................................ 138
4-5-3 تحلیل نتایج انتقال حرارت و میدان دما ..................................................................................................... 147

فصل پنجم: نتایج جریان مغشوش 161
5-1 مقدمه ..................................................................................................................................................................................................... 161
5-2 تحلیل نتایج بدست آمده برای جریان سیال .......................................................................................................... 162
5-3 تحلیل نتایج میدان دما و انتقال حرارت ................................................................................................................... 178

جمع¬بندی نتایج و ارائه پیشنهادات 183

پیوستها
پیوست الف: متن کامل مقاله ارائه شده در دهمین کنفرانس دینامیک شاره¬ها 1385 ..................... 186
پیوست ب: متن کامل مقاله پذیرفته شده جهت ارائه در کنفرانسISME2007 .............................. 197
پیوست ج: استخراج معادلات حاکم بر جریان و نحوه بی¬بعد کردن آنها ....................................................... 203
پیوست د: محاسبه مشتق اول با دقت مرتبه دوم در یک نقطه در شبکه غیر یکنواخت ................... 212

فهرست منابع 215


فهرست جداول

عنوان صفحه


فصل اول: مقدمه 1

فصل دوم: مروری بر فعالیت¬های تحقیقاتی گذشته 21
جدول 2-1 تأثیر فاصله پایین¬دست سیلندر در رینولدز 100 و نسبت انسداد 7% .................................... 22
جدول 2-2 مقایسه نتایج حاصل از استفاده از شرط مرزی خروجی مختلف ..................................................24
جدول 2-3 مقایسه نتایج بدست آمده برای سیلندرهایی با نسبت منظرهای متفاوت ............................34

فصل سوم: بیان مسأله مورد نظر و معادلات حاکم بر آن 59
جدول 3-1 مقادیر بی¬بعد ابعاد هندسی....................................................................................................................................... 62
جدول 3-2 ترم¬های مختلف معادلات بی بعد شده جاکم بر مسأله ..........................................................................73

فصل چهارم: نتایج جریان آرام 94
جدول 4-1 مقایسه نتایج بدست آمده از شبکه¬بندی¬هایی متفاوت در نسبت انسداد10% .............. 100
جدول 4-2 مقایسه نتایج بدست آمده از شبکه¬بندی¬هایی متفاوت در نسبت انسداد 5% ................ 100
جدول 4-3 مقایسه نتایج بدست آمده پارامترهای جریان در نسبت انسدادهای مختلف ................. 106
جدول 4-4 مقایسه نتایج بدست آمده عدد نوسلت سیلندرها در نسبت انسدادهای مختلف 107
جدول 4-5 مقادیر پارامترهای مختلف جریان در اعداد رینولدز متفاوت برای G=5 ........................ 134
جدول 4-6 پارامترهای مختلف محاسبه شده جریان در فواصل بین سیلندری مختلف .................. 143
جدول 4-7 مقادیر محاسبه شده عدد نوسلت سیلندرها در فواصل بین سیلندری مختلف ........... 153

فصل پنجم: نتایج جریان مغشوش 161
جدول 5-1 مقادیر عدد نوسلت وجوه مختلف سیلندرها در اعداد رینولدز متفاوت .............................. 182
فصل اول: مقدمه 1
1-1 جدایش جریان .......................................................................................................................................................................................... 1
1-2 نحوه تشکیل و پخش گردابه ........................................................................................................................................................... 7
1-3 کاربرد جریان¬بندها در مهندسی ............................................................................................................................................... 18

فصل دوم: مروری بر فعالیت¬های تحقیقاتی گذشته 21
2-1 مقدمه ....................................................................................................................................................................................................... 21
2-2 هندسه یک سیلندری در جریان آرام ........................................................................................................................... 21
2-3 هندسه یک سیلندری در جریان مغشوش ................................................................................................................ 31
2-4 هندسه چند سیلندری در جریان آرام .......................................................................................................................... 39
2-5 هندسه چند سیلندری در جریان مغشوش .............................................................................................................. 48

فصل سوم: بیان مسأله مورد نظر و معادلات حاکم بر آن 59
3-1 طرح مسأله فعلی و جایگاه آن ............................................................................................................................................ 59
3-2 هندسه مسأله ................................................................................................................................................................................... 62
3-3 معادلات حاکم در جریان آرام ............................................................................................................................................ 63
3-3-1 میدان جریان سیال ........................................................................................................................................................ 63
3-3-2 میدان دما و انتقال حرارت ........................................................................................................................................ 67
3-4 معادلات حاکم در جریان مغشوش .................................................................................................................................... 69
3-4-1 میدان جریان سیال و دما ........................................................................................................................................ 69
3-5 جمع¬بندی معادلات ..................................................................................................................................................................... 72
3-6 روش حل مسأله ............................................................................................................................................................................. 74
3-7 شرایط مرزی و نحوه اعمال آنها ......................................................................................................................................... 87
3-7-1 مقدمه ..................................................................................................................................................................................... 87
3-7-2 شرط مرزی ورودی ...................................................................................................................................................... 87
3-7-3 شرط مرزی خروجی ................................................................................................................................................... 89
3-7-4 شرط مرزی دیوار ........................................................................................................................................................... 90
3-7-5 شرط مرزی تقارن ........................................................................................................................................................ 92

فصل چهارم: نتایج جریان آرام 94
4-1 مقدمه ...................................................................................................................................................................................................... 94
4-2 مقایسه نتایج بدست آمده برای هندسه یک سیلندری با نتایج موجود ................................................ 95
4-3 مطالعه شبکه ..................................................................................................................................................................................... 99
4-4 مطالعه نسبت انسداد ................................................................................................................................................................ 105
4-5 تحلیل نتایج رژیم جریان آرام ........................................................................................................................................... 118
4-5-1 تحلیل نتایج جریان سیال برای فاصله بین سیلندری ثابت G=5 ........................................ 118
4-5-2 تحلیل نتایج جریان سیال برای فواصل بین سیلندری مختلف ................................................ 138
4-5-3 تحلیل نتایج انتقال حرارت و میدان دما ..................................................................................................... 147

فصل پنجم: نتایج جریان مغشوش 161
5-1 مقدمه ..................................................................................................................................................................................................... 161
5-2 تحلیل نتایج بدست آمده برای جریان سیال .......................................................................................................... 162
5-3 تحلیل نتایج میدان دما و انتقال حرارت ................................................................................................................... 178

جمع¬بندی نتایج و ارائه پیشنهادات 183

پیوستها
پیوست الف: متن کامل مقاله ارائه شده در دهمین کنفرانس دینامیک شاره¬ها 1385 ..................... 186
پیوست ب: متن کامل مقاله پذیرفته شده جهت ارائه در کنفرانسISME2007 .............................. 197
پیوست ج: استخراج معادلات حاکم بر جریان و نحوه بی¬بعد کردن آنها ....................................................... 203
پیوست د: محاسبه مشتق اول با دقت مرتبه دوم در یک نقطه در شبکه غیر یکنواخت ................... 212

فهرست منابع 215


منبع:

[1] نادر نبهانی، مکانیک سیالات، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، مؤسسه انتشارات علمی، 1380

[2‍] محمود یحیایی، اثر باد بر سازه ها به انضمام آیین نامه باد ASCE-1996، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، 1378

[3] E. Simiu and R.H. Scanlan, Wind effect on structures, 3th edition, Wiley Interscience,

      New York, 1996

[4] V. Strouhal, Über eine besondere Art der Tonerregung, Ann. Physik und Chemie, Neue

      Folge, vol. 5, pp.216-251, 1878.

[5] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Numerical Simulaion of Unsteady Flow

      Around a Square Two-Dimensional Cylinder, In. Proc. 12th Australasian Fluid Mechanics

      Conference, R.W.Bilger (Ed.),pp.517-520, The University of Sydney, Australia,

      Dec.1995.

[6] K. M.Kelkar and E. F. Patankar, Numerival Prediction of Vortex Shedding behind a

      Square Cylinder, Int. J. Numer. Meth. In Fluids, vol. 14, page 327, 1992.

[7] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Numerical Simulaion of Unsteady Flow

      around Rectangular Cylinders at Incidence, J. of Wind Eng. Ind. Aerodyn., vol.69-71, pp.

      189-201, 1997

[8] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Low-Reynolds-Number Flow aroud a Square

      Cylinder at Incidence:Study of Blockage,Onset of Vortex Shedding and Outlet Boundary

      Condition, Int. J. for Numer. Meth. In Fluids, vol.26, pp.39-56, 1998.

[9] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Numerical Simulation of Flow past a Square

      Cylinder, 3rd ASME/JSME Joint Fluids Eng. Conference, San Francisco, California,

      USA, July 1999.

[10] B.S.V. Patnaik, P.A.A. Narayana and K.N. Seetharamu, Finite Element Simulation of

        Transient Laminar Flow Past a Circular Cylinder and Two Cylinders in Tandem

        Influence of Buoyancy, Int. J. Numer. Methods for Heat and Fluid Flow, vol. 10, No. 6, pp. 560-580, 2000.

[11] A.Sohankar, A Numerical Investigation of the Unsteady Wake Flow of Circular

        Cylinders, 10th Annual Int. Mech. Eng. Conference, knt uni., Tehran, Iran, 2002.

[12] A. Sharma and V. Eswaran, Heat and Fluid Flow Across a Square Cylinder in the Two-Dimensional Laminar Flow Regime, Numer. Heat Transfer, Part A, vol. 45, pp. 247-269, 2004.

[13] L. Zhou, M. Cheng and K.C. Hung, Suppression of Fluid Force on a Square Cylinder by Flow Control, J. of Fluids and Structures, vol. 21, pp. 151-167, 2005.

[14] A. Wietrzak and D. Poulikakos, Turbulent Forsed Convective Cooling of Microelectronic Devices, Int. J. Heat and Fluid Flow, vol. 11, No. 2, June 1990.

[15] G. Bosch and W. Rodi, Simulation of Vortex Shedding past a Square Cylinder Near a Wall, Int. J. Heat and Fluid Flow, vol. 17, pp. 267-275, 1996.

[16] G. Bosch and W. Rodi, Simulation of Vortex Shedding past a Square Cylinder with Different Turbulence Models, Int. J. for Numer. Meth. in Fluids, vol. 28, pp.601-616, 1998.

[17] A. Sohankar, L. Davidson and C .Norberg, A Dynamic one Equation Subgrid Model for Simulation of Flow around a Square Cylinder, Eng. Turbulence Modelling and Experiments, vol.4, pp.227-236, 1999.

[18] A. Valencia and C. Orellana, Simulation of Turbulent Flow and Heat Transfer around Rectangular Bars, Int. Comm. Heat Mass Transfer, vol.26, No.6, pp.869-878, 1999.

[19] E.R. Meinders and K. Hanjalić, Vortex Structure and Heat Transfer in Turbulent Flow over a Wall-Mounted Matrix of Cubes, Int. J. of Heat and Fluid Flow, vol. 20, pp. 255-267, 1999.

[20] Jerry M. Chen and Chia-Hung Liu, Vortex Shedding and Surface Pressures on a Square Cylinder at Incidence to a Uniform Air Stream, Int. J. of Heat and Fluid Flow, vol. 20, pp. 592-597, 1999.

[21] Tetsuro Tamura and Tetsuya Miyagi, The Effect of Turbulence on Aerodynamic Forces on a Square Cylinder with Various Corner Shapes, J. Wind Eng. Ind. Aeridy. , vol. 83, pp. 135-145, 1999.

[22] M. Matsumoto, Vortex Shedding of Bluff Bodies:A Review, J. Fluid and Structures, vol. 13, pp. 791-811, 1999.

[23] Alvaro Valencia, Turbulent Flow and Heat Transfer in a Channel with a Square Bar Detached from the Wall, Numerical Heat Transfer, Part A, vol. 37, pp. 289-306, 2000,

[24] A. Sohankar, L. Davidon and C. Norberg, Large Eddy Simulation of Flow Past a Square Cylinder:Comparison of Different Subgrid Scale Model, Journal of Fluids Engineering, vol. 122, 39-47, 2000.

[25] C. Norberg, Flow Around a Circular Cylinder:Aspects of Fluctuating Lift, Journal of Fluids and Structures, vol. 15, pp.459-469, 2001.

[26] Günter Schewe, Reynolds-Number Effects in Flow Around more-or less Bluff Bodies, J. Wind Eng. Ind. Aerody. , vol. 89, pp. 1267-1289, 2001.

[27] K. Shimada and T. Ishihara, Application of a Modified κ – ε Model to the Prediction of Aerodynamic Charateristics of Rectangular Cross-Section Cylinders, Journal of Fluids and Structurs, vol. 16, pp. 465-485, 2002.

[28] M. Sarioglu and T. Yavuz, Subcritical Flow Around Bluff Bodies, AIAA, vol. 40, No. 7, pp.1257-1268, 2002.

[29] Md. Mahbub Alam, H. Sakamoto and M. Moriya, Reduction of Fluid Forces Acting on a Single Circular Cylinder and Two Circular Cylinders By Using Tripping Rods, Journal of Fluids and Structures, vol. 18, pp. 347-366, 2003.

[30] C. Norberg, Fluctuating Lift on a Circular Cylinder:Review and New Measurements, Journal of Fluids and Structures, vol. 17, pp. 57-96, 2003.

[31] Do-Hyeong Kim, Kyung-Soo Yang and Mamoru Senda, Large Eddy Simulation of Turbulent Flow Past a Square Cylinder Confined an a Channel, Computers & Fluids, vol. 33, pp. 81-96, 2004.

[32] A. Sohankar, Flow Over a Bluff Body from Moderate to High Reynolds Nimbers Using Large Eddy Simulation, Computers & Fluids, 2005.

[33] K. Tatsutani, R. Devarakonda and J. A. C. Humphrey, Unsteady Flow and Heat Transfer for Cylinder Pairs in a Channel, Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 13, No. 13, pp. 3311-3328, 1993.

[34] A. Valencia, Unsteady Flow and Heat Transfer in a Channel with a built-in Tandem of Rectangular Cylinders, Numer. Heat Transfer, Part A, vol. 26, pp. 613-623, 1996.

[35] A. Valencia, Numerical Study of Self-Sustained Oscillatory Flows and Heat Transfer in Channels with a Tandem of Transverse Vortex Generators, Heat and Mass Transfer, vol. 33, pp.465-470, 1998.

[36] J.R. Meneghini, F. Saltara, C.L.R. Siqueira and J.A. Ferrari Jr, Numerical Simulation of Flow Interference Between Two Circular Cylinders in Tandem and Side-By-Side Arrangements, Journal of Fluids and Structures, vol. 15, pp. 327-350, 2001.

[37] J. L. Rosales, A. Ortega and J. A. C. Humphrey, A Numerical Simulation of the Convective Heat Transfer in Confined Channel Flow past Square Cylinders: Comparison of Inline and Offset Tandem Pairs, Int. J. of Heat and Mass Transfer, vol. 44, pp. 587-603, 2001.

[38] J. Mizushima and T. Akinaga, Vortex Shedding from a Row of Square Bars, Fluid Dynamics Research, vol. 32, pp. 179-191, 2003.

[39] A. Agrawal, L. Djenidi and R.A. Antonia, Investigation of Flow Around a Pair of Side-By-Side Square Cylinders using the Lattice Boltzmann Method, Computers & Fluids, vol.XX, pp. XXX-XXX, 2005.

[40] B. Sharman, F.S. Lien, L. Davidson and C. Norberg, Numerical Predictions of Low Reynolds Number Flows Over Two Tandem Circular Cylinders, Int. J. Numer. Meth. Fluids, vol. 47, pp. 423-447, 2005.

[41]  G.X. Wu and Z.Z. Hu, Numerical Simulation of Viscous Flow Around Unrestrained Cylinders, Journal of Fluid and Structures, vol. 22, pp. 371-390, 2006.

[42] P. T. Y. Wong, N. W. M. Ko and A. Y. W. Chiu, Flow Characterisics around Two Parallel Adjacent Square Cylinders of Different Sizes, J. of Wind Eng. Ind. Aerodyn., vols.54/55, pp.263-275, 1995.

[43] J. Alvarez, M. Pap and A. Valencia, Turbulent Heat Transfer in a Channel with Bars in Tandem and in side by side arrangements, Int. J. of Numer. Meth. For Heat & Fluid Flow, vol. 10, No. 8, pp.877-895, 2000.

[44] B. Niceno, A. D. T. Dronkers and K. Hanjalic, Turbulent Heat Transfer from a multi-layered wall-mounted Cube Matrix:a Lage Eddy Simulation, Int. J. of Heat and Fluid Flow, vol.23, pp.173-185, 2002.

[45] A.  Valencia and M.Cid, Turbulent Unsteady Flow and Heat Transfer in Channels with Periodically Mounted Square Bars, Int. J. of Heat and Mass Transfer, vol. 45, pp.1661-1673, 2002.

[46] J.C. Lin, Y. Yang and D. Rockwell, Flow Past Two Cylinders in Tandem:Instantaneous and Averaged Flow Structure, Journal of Fluids and Structures, vol. 16, No. 8, pp. 1059-1071, 2002.

[47] Chia-Hung Liu and Jerry M. Chen, Observation of Hysteresis in Flow around Two Square Cylinders in a Tandem Arrangement, J. of Wnd Eng. Ind. Aerodyn., vol. 90, pp. 1019-1050, 2002.

[48] Md. Mahbub Alam, M. Moriya, K. Takai and H. Sakamoto, Suppression of Fluid Forces Acting on Two Square Prismes in a Tandem Arrangement by Passive Control of Flow, Journal of Fluids and Structures, vol.16, No. 8, pp. 1073-1092, 2002.

[49] Md. Mahbub Alam, M. Moriya and H. Sakamoto, Aerodynamic Characteristics of Two Side-By-Side Circular Cylinders and Application of Wavelet Analysis on the Switching Phenomenon, Journal of Fluids and Structures, vol. 18, pp. 325-346, 2003.

[50] Md. Mahbub Alam, M. Moriya, K. Takai and H. Sakamoto, Fluctuating Fluid Forces Acting on Two Circular Cylinders in a Tandem Arrangement at a Subcritical Reynolds Number, J. Wind Eng. Ind. Aerody., vol. 91, pp. 139-154, 2003.

[51] Md. Mahbub Alam and H. Sakamoto, Investigation of  Strouhal Frequencies of Two Staggered Bluff Bodies and Detection of Multistable Flow by Wavelets, Journal of Fluids and Structures, vol. 20, pp. 425-449, 2005.

[52] Md. Mahbub Alam, H. Sakamoto and Y. Zhou, Determination of Flow Configurations and Fluid Forces Action on Two Staggered Circilar Cylinders of Equal Diameter in Cross-Flow, Journal of Fluids and Structures, vol. 21, pp. 363-394, 2005.

[53] Md. Mahbub Alam, H. Sakamoto and Y. Zhou, Effect of T-Shaped Plate on Reduction in Fluid Forces on Two Tandem Cylinders in a Cross-Flow, J. Wind Eng. Ind. Aerody., vol. 94, pp. 525-551, 2006.

[54] David C. Wilcox, Turbulence Modeling for CFD, Griffin Printing, Glendale, California, 1993.

[55] W. Jones and B. Launder, The Prediction of Laminarization with a Two-Equation Model of Turbulence, Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 15, pp. 301-314, 1972.

[56] S.V. Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, McGraw-Hill, New York, 1980

[57] Versteeg and Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics,

[58] J.E. Thompson, Z.U.A. Warsi and C.W. Mastin, Numerical Grid Generation, Foundation and Applications, Notrh-Holland, 1985

[59] D.B. Spalding, A General Purpose Computer Program for Multi-Dimensional One- and Two-phase Flow, Mathematics and Computers in Simulation, IAMCS, XX111, pp. 267, 1981.

[60] C.L.V. Jayatillaka, Progr. In Heat Mass Transfer, vol. 1, pp. 193, 1969.

[61] J. Robichaux, S. Balachandar and S.P. Vanka, Three-Dimensional Floquet Instability of the Wake of Square Cylinder, Phys. Fluids, vol. 11, pp. 560-578, 1999.

[62] Y. Shimizu and Y. Tanida, Fluid Forces Acting on Cylinders of Rectangular Cross Section, Trans. Jpn. Soc. Mech. Eng. B, vol. 44, pp. 2699-2706, 1978

[63] R. Franke, W. Rodi and B. Schönung, Numerical Calculation of Vortex Shedding Flow past Cylinders, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., vol. 35, pp. 237-257, 1990