دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
خنککاری پرهها از چالشهای پیشرو در توسعه توربینهای گازی است. به منظور بهبود انتقال حرارت در داخل پره، از کانالهای خنککاری استفاده میشود. استفاده از دندانههای تکرارشونده در سطوح داخل کانال تاثیر قابل توجهی بر مشخصههای جریان سیال و انتقال حرارت دارد. در مطالعه حاضر به شکل عددی به مطالعه تاثیر دندانههای تکرار شونده با گام تکرار و ارتفاع معین پرداخته شده است. برای جریانهای با اعداد رینولدز 10000 تا 80000، جریان آشفته سیال و انتقال حرارت مورد شبیه سازی قرار گرفت. روش حجم محدود مورد استفاده قرار گرفت، برای شبیهسازی آشفتگی از مدل استاندارد k – ε استفاده شد. شرط مرزی حرارتی شار حرارتی ثابت در دیواره کانال بود. مقدار شار حرارتی به نحوی تعیین گردید تا اختلاف دما بین 10 تا 15 درجه سانتیگراد باشد. نتایج مطالعه حاضر با نتایج تجربی موجود در شرایط مشابه مورد مقایسه قرار گرفت. ضریب افت فشار در هر دو حالت دوبعدی و سهبعدی تشابه خوبی با مقادیر تجربی داشت. ضریب انتقال حرارت که در محاسبه دوبعدی حاصل شد، تفاوت اندکی با نتایج تجربی داشت. دقت نتایج شبیهسازی سهبعدی برای ضریب انتقال حرارت در محدوده رینولدز پایین مناسب نبود، اما با افزایش عدد رینولدز به طور پیوسته بهبود یافت. مشاهده شد که حداکثر انتقال حرارت و افت فشار به ترتیب در حدود بیش از 200% و 300% افزایش پیدا کرد. از دلایل افزایش انتقال حرارت میتوان به ایجاد جریانهای ثانویه و ایجاد گسستگی در رشد لایه مرزی اشاره نمود.
Kays, W.M. and London,A.L. “Compact Heat Exchangers”, McGraw-Hill, New York, United States, 1984.##
Bergles, E. “Handbook of Heat Transfer”, McGraw-Hill, New York, United States, Third Edition, 1998.##
Bergles, E.,Manglik,R.M. “Current Progress and New Developments in Enhanced Heat and Mass Transfer”, J. of Enhanced Heat Transfer, Vol. 20, No. 1, pp. 1-15, 2013.##
Dipprey, D.F. “An Experimental Investigation of Heat and Momentum Transfer in Smooth and Rough Tubes at Various Prandtl Numbers”, Ph.D thesis, California institute of technology, United States, 1961.##
Webb, R. L., Eckert, E. R. G. and Goldstein R. J. “Heat Transfer and Friction in Tubes with Repeated-Rib Roughness”, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 14, pp. 601–617, 1971.##
Han,J.C., Glicksman,L.R. and Rohsenow, W.M. “An Investigation of Heat Transfer and Friction for Rib-Roughened Surfaces”, Int. J. of Heat and Mass Transfer, Vol. 21, No. 8, pp. 1143–1156, 1978.##
Han, J.C. “Heat Transfer and Friction Characteristics in Rectangular Channels with Rib Turbulators”, ASME J. Heat Transfer, Vol. 110, pp. 321–328. 1988.##
Han,J.C., Zhang,Y.M. and Lee, C.P. “Augmented Heat Transfer in Square Channels with Parallel, Crossed and V Shaped Angled Ribs”, ASME J. Heat Transfer, Vol. 113, pp. 590–596, 1991.##
Parson,J.A., Han, J.C. andZhang,Y.M. “Effects of Model Orientation and Wall Heating Condition on Local Heat Transfer in a Rotating Two-Pass Square Channel with Rib Turbulators”, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 38, No. 7, pp. 1151-1159, 1995.##
Greiner, M. “An experimental investigation of resonant heat transfer enhancement in grooved channels”, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 34, pp. 1383-1391, 1991.##
Bejan, A. and Kraus,A.D. “Heat Transfer Handbook”, John Wiley & Sons, New York, United States, 2003.##
Elyyan,M.A., Rozati, A. and Tafti,D.K. “Investigation of Dimpled Fins For Heat Transfer Enhancement in Compact Heat Exchangers”, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 51, pp. 2950-2966, 2008.##
Patankar,S.V., Liu, C.H. and Sparrow, E.M. “Fully Developed Flow and Heat Transfer in Ducts Having Streamwise Periodic Variations of Cross Sectional Area”, J. Heat Transfer, Vol. 99, pp. 180-186, 1977.##
Yongsiri, K., Eiamsa-ard, P., Wongcharee, K. and Eiamsa-ard, S. “Augmented Heat Transfer in a Turbulent Channel Flow with Inclined Detached-Ribs, Case Studies in Thermal Engineering”, Vol. 3, pp. 1-10, 2014.##
Xie, G., Zheng, S., Zhang, W. and Sunden, B. “A Numerical Study of Flow Structure and Heat Transfer in a Square Channel with Ribs Combined Downstream Half-Size or Same-Size Ribs”, Applied Thermal Engineering, Vol. 61-2, pp. 289–300, 2013.##
Xie, G., Liu, J., Ligrani,P.M. and Sunden, B. “Flow Structure And Heat Transfer in a Square Passage with Offset Mid-Truncated Ribs”, Int. J. of Heat and Mass Transfer, Vol. 71, pp. 44–56, 2014.##
Moon, M., Park, M. and Kim, K.“Evaluation of Heat Transfer Performances of Various Rib Shapes”, Int. J. of Heat and Mass Transfer, Vol. 71, pp. 275–284, 2014.##
Vhidifar, S. and Kahrom, M.“Experimental Study of Turbulent Layers with Different Obstacles to Stimulate Optimal Point Augmentation in Heat Transfer Coefficient”, Modarres Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 3, pp. 43-50, 2014 (In Persian)##
Joodaki, A. and Ashrafizadeh, A.“A New Geometrical Modeling Approach in the Analysis and Optimization of Convection Heat Transfer in Wavy Channels”, Modarres Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 9, pp. 147-156, 2014 (In Persian)##
Bhagoria, J.L., Saini, J.S. andSolanki,S.C. “Heat Transfer Coefficient and Friction Factor Correlations for Rectangular Solar Air Heater Duct Having Transverse Wedge Shaped Rib Roughness on the Absorber Plate”, Renew. Energy, Vol. 25, No.3, pp. 341–369, 2002.##
Taslim,M.E. “Rib Fin Effects on The Overall Equivalent Heat Transfer Coefficient in a Rib-Roughened Cooling Channel”, Int. J. of Heat Exchangers, Vol. 4, pp. 25-41, 2005.##
FLUENT web page, http://www.fluent.com/solutions, Accessed 8 November 2016.##
Ferziger, J.H. and Peric, M. “Computationl Methods for Fluid Dynamics”, Springer, Berlin, Germany, 2000.##
)
