جریان آرام و انتقال حرارت در لوله خمیده U شکل، اعتبار سنجی عددی مقاله

توضیحات

شرح پروژه جریان آرام و انتقال حرارت در لوله خمیده U شکل

در این پروژه، به شبیه سازی جریان آرام و انتقال حرارت در لوله خمیده U شکل، توسط نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) پرداخته ایم. شبیه‌سازی با توجه به مقاله مرجع “Laminar flow and heat transfer in U-bends: The effect of secondary flows in ducts with partial and full curvature.” انجام و اعتبارسنجی شد.

مایع تعریف شده در داخل لوله ترمینول بود. از ویژگی های آن می توان به چگالی برابر با 793.9 کیلوگرم بر متر مکعب، ظرفیت گرمایی ویژه برابر با 2315 j/kg.K، هدایت حرارتی برابر با 0.116 W/m.K و ویسکوزیته برابر با 0.00173 kg/m.s اشاره کرد. بر اساس این مقاله، شبیه سازی در اعداد رینولدز مختلف انجام شده است. شبیه سازی حاضر در عدد رینولدز 1000 انجام شده است. با توجه به فرمول مربوط به عدد رینولدز در مقاله، سرعت ورودی در لوله برابر با 21791/0 متر بر ثانیه است.

هندسه سه بعدی این پروژه را با نرم افزار ANSYS Design Modeler طراحی کردیم. این مدل شامل یک لوله U شکل است که خم آن به صورت دو زانو متصل است. قطر لوله 0.01 متر و شعاع انحنای هر زانو 0.015 متر است.

شبکه محاسباتی این پروژه را با نرم افزار ANSYS Meshing شبکه بندی کردیم. نوع مش با سازمان بوده و تعداد سلول های محاسباتی آن 2268000 است.

روش های استفاده شده

در این مدل از شرایط مرزی حرارتی روی دیواره لوله استفاده می شود. به طوری که شار حرارتی ثابت 1156 W/m2.K بر روی دیواره لوله تعریف شده است.

نتایج شبیه سازی جریان آرام و انتقال حرارت در لوله خمیده U شکل

هدف از مسئله حاضر بررسی رفتار سیال جاری در لوله و انتقال حرارت آن در عبور از خم لوله بود. در پایان فرآیند حل، نتایج با نتایج مقاله مرجع مقایسه و اعتبارسنجی می شود. ابتدا نتایج مربوط به میزان دمای سیال روی دیواره داخلی لوله و خمش آن تایید می شود. این اعتبار سنجی مطابق نمودار شکل 14-ب مقاله انجام می شود. برای این منظور نموداری از تغییرات دما در موقعیت دیواره داخلی لوله ترسیم می شود. دما و موقعیت بدون بعد هستند و فرمول های مربوطه در مقاله ارائه شده است. شکل زیر نموداری از تغییرات دمایی بدون بعد را در موقعیت بدون بعد نشان می دهد.

سپس عدد ناسلت در مقاطع مختلف خمش لوله بررسی می شود. برای این منظور مقدار عدد ناسلت طبق فرمول مقاله در پنج بخش مختلف (P1، P2، P3، P4 و P5) به دست آمده و نسبت آن به مقدار عدد ناسلت در بخش P1 محاسبه شده است. این اعداد به دست آمده با مقادیر عدد ناسلت بدون بعد در بخش های ذکر شده مطابق نمودار شکل 19-b اعتبارسنجی می شوند.