جریان حول اجسام جریان بند

فهرست مطالب
عنوان    صفحه
فصل اول: ديباچه
1-1- مقدمه    2
2-1-رفتار جريان روي موانع    3
4-1-تحريك لايه مرزي    5
5-1-تاريخچه مطالعات و تحقيقات انجام شده    7
7-1-هدف پروژه    11
فصل دوم: معادلات حاكم بر جريان
1-2-معادلات حاكم در جريان آرام    13
2-2-توصيف فرآيندهاي سيال و ساده‌سازي آن‌ها    15
3-2-مفهوم جريان آرام    17
4-2-نيروهاي برشي و فشاري    18
5-2- رابطه بين اصطكاك سيال و انتقال حرارت    19
6-2-مفهوم انفصال    19
7-2-طرح QUICK    21
8-2-انفصال معادلات حاكم    26
1-8-2-انفصال جمله وابسته به زمان    27
2-8-2- انفصال جملات جابه‌جايي    28
3-8-2-انفصال جملات پخش    30
4-8-2-ضرايب جبري معادله انفصال    30
9-2-شبكه جابه‌جا شده    33
10-2-الگوريتم سيمپل    35
فصل سوم: اجراي برنامه توسط نرم‌افزار Fluent
1-3- مقدمه    41
2-3-تولیدهندسه مسئله درنرم افزارGambit))    41
اجرای برنامهFluent) )   
فصل چهارم: بررسي عملكرد برنامه و نتايج
4- مقدمه    57
1-4- بررسي نتايج حاصل از هندسه اول     58
1-1-4- بررسي توزيع عدد ناسلت موضعي در سطوح مختلف مانع مربعي    58
2-1-4- بررسي تغييرات عدد ناسلت متوسط با افزايش عدد رنولدز روي سطوح مختلف مانع    63
3-1-4- بررسي متوسط عدد ناسلت روي كل سطح مانع مربعي    64
2-4- بررسي نتايج حاصله از هندسه دوم    65
1-2-4- بررسي كانتورهاي جريان    65
2-2-4- تأثير فاصله مانع از ديواره كانال بر عدد ناسلت    73
3-2-4- تأثير افزايش عدد رينولدز بر ناسلت ميانگين    77
4-2-4- تأثير مانع مربعي بر ضريب اصطكاك    79
3-4- بررسي نتايج حاصله از هندسه سوم    86
1-3-4- بررسي تغييرات عدد ناسلت بر افزايش عدد رينولدز در نسبت‌هاي   متغير    87
2-3-4- بررسي تغييرات عدد ناسلت متوسط بر حسب تغيير فاصله بين دو مانع    88
3-3-4- مقايسه ضريب درگ و برا براي موانع مربعي    89
4-3-4- تأثير افزايش فاصله موانع بر ضريب درگ    90
4-4- جمع‌بندي و نتايج    94
5-4- پیشنهادات و کار های آینده    95
6-4- فهرست مراجع   

مقدمه
بيش ازيكصدسال پيش تا كنون جريان حول اجسام جريان بند ( مانع) با سطح مقطع دايره اي ومربعي، توجه بسياري ازمحققين را به خودجلب كرده است. موضوع جريان حول اين اجسام وپديده پخش گردابه ناشي ازآن به خاطر وجودكاربردهاي عملي درمهندسي ازاهميت زيادي برخورداراست ؛ ازجمله كاربردهاي عملي اين نوع جريان ها، مي توان به جريان حول دودكش ها ، ساختمانها وسازه هاي بلند، سازه هاي دريايي، پلهاي معلق، بال هواپيما، پروانه كشتي ودكل ها وبسياري ازمواردديگراشاره نموداين نوع جريان اغلب شامل پديده هاي پيچيده اي ازقبيل جدايش جريان ، ويك، جريان هاي برشي ، جريان گردابه اي وپخش گردابه هستند. دراعداد رينولدزبسياركم ، جريان حول اين گونه اجسام كاملا" به آنها چسبيده وجدايش رخ نمي دهد باافزايش عددرينولدز، جريان ازسطح آنها جدا شده ويك جفت گردابه متقارن درپشت آنها تشكيل مي شودكه با افزايش عددرينولدز،ابعادگردابه ها نيزبزرگترمي شود. با افزايش بيشترعددرينولدزگردابه ها حالت نوساني پيدا كرده ودرجريان پخش مي شوددراين حالت جريان ازحالت دائم به حالت غيردائم تبديل مي شود. درحاليكه اين گونه هندسه ها ازلحاظ مكانيك سيالات به طور وسيعي توسط محققين بررسي شده اند مساله انتقال حرارت دراين هندسه ها به آن گستردگي بررسي نشده ونيازمند مطالعات بيشتري است، لذا سعي شده است دراين تحقيقات بيشتربه جنبه انتقال حرارتي اين گونه هندسه ها توجه گردد
2-1-رفتار جريان روي موانع
هنگامي كه فشار در پايين دست جريان افزايش مي‌يابد، ضخامت لايه مرزي به سرعت زياد مي‌شود. اين گراديان معكوس و نيروي برشي مرزي باعث كاهش اندازه حركت در لايه مرزي خواهد شد و اگر هر دو عامل فوق در طول قابل توجهي از مسير مؤثر باشند، سبب توقف لايه مرزي مي‌شوند كه اين پديده را جدايش مي‌نامند. خطوط جريان مرزي در نقطه جدايش از مرز مربوطه جدا مي‌شوند و در پايين دست اين نقطه گراديان فشار معكوس باعث برگشت جريان در مجاورت جداره مي‌شود. ناحيه پايين دست خطوط جريان كه از مرز جدا مي‌شود موسوم به جريان برگشتي است. اثر جدايش، كاستن از مقدار خالص كاري است كه يك جزء سيال مي‌تواند بر سيال احاطه كننده خود با صرف نيروي جنبشي انجام دهد و در نهايت بازيافت فشار كامل نبوده و اتلافات (كشش) نيز افزايش مي‌يابد.
همان گونه كه مي‌دانيم نيروهاي كشش و برآ دو مولفه دارند نيروي كشش ناشي از شكل و نيروي كشش ناشي از اصطكاك پوسته‌اي و يا نيروي كشش لزجتي. جدايش وجريان برگشتي كه دو پديده همراه هستند تأثير عميقي بر نيروي كشش ناشي از شكل دارند. اگر بتوان از توليد جدايش در هنگام عبور جريان از روي يك جسم جلوگيري كرده، لايه مرزي نازك باقي خواهند ماند و از كاهش فشار در ناحيه برگشتي جلوگيري خواهد شد و بدين وسيله نيروي كشش فشاري به حداقل مقدار خواهد رسيد.1
ماهيت‌هاي لايه‌هاي مرزي آرام- درهم نيز تأثير مهمي بر موقعيت نقطه جدايش دارند در لايه مرزي درهم كه انتقال اندازه حركت بزرگ‌تر است براي ايجاد جدايش بايد گراديان فشار معكوس بيشتر از لايه مرزي آرام باشد. به عنوان مثال رفتار جريان بر روي سيلندر استوانه‌اي در اعداد رينولدز بسيار كم جريان بدون آن كه از روي استوانه جدا شود و تشكيل گردابه دهد از روي آن عبور مي‌كند. در مقادير رينولدز پايين جدايش در لايه مرزي آرام اتفاق مي‌افتد و يك جفت گردابه به صورت متقارن در پشت مانع تشكيل مي‌شود. با افزايش عدد رينولدز رها شدن متناوب گردابه در پشت مانع به وجود مي‌آيد و خيابان گردابه‌اي ون‌كارمن در پشت استوانه شكل مي‌گيرد و سبب افزايش فشار منفي در پشت مانع مي‌شود. در عدد رينولدز زير بحراني فركانس رهايي گردابه‌ها مستقل از عدد رينولدز است. اين فركانس را با يك عدد بدون بعد به نام عدد اشتروهال نشان مي‌دهند2:
 
كه در آن f فركانس، d قطر استوانه و V سرعت جريان مي‌باشد. با افزايش عدد رينولدز لايه مرزي آشفته مي‌شود و جدايش در نقطه‌اي نزديك‌تر روي استوانه اتفاق مي‌افتد.
در اين پروژه هندسه‌اي كه مورد بررسي قرار گرفته مانع مربعي واقع در كانال مي‌باشد كه در حالتهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفته است.
4-1-تحريك لايه مرزي
در بيشتر كاربردهاي مهندسي نياز به افزايش و يا كاهش انتقال حرارت مي‌باشد ولي مشكل اصلي در اين موارد محدوديت كاهش يا افزايش سطح است. در چنين مواردي راه‌حل مناسب ايجاد تغييرات در ضريب انتقال حرارت است. ضريب انتقال حرارت جابه‌جايي به خواص سيال و ويژگي‌هاي جريان سيال بستگي دارد. در خيلي از موارد نوع سيال قابل تغيير نيست و تنها عاملي كه مي‌تواند براي كنترل انتقال حرارت به كار رود ويژگي‌هاي سيال مي‌باشد. همان طور كه مي‌دانيم به علت وجود لزجت در كنار سطح جامد لايه مرزي تشكيل مي‌شود. اين لايه نقش يك لايه مقاوم در برابر انتقال  حرارت را ايفا مي‌كند. با تغييراتي جريان درون لايه مرزي مي‌توان ضريب انتقال حرارت را تغيير داد.