بررسی عددی و آزمایشگاهی اثر شکل هندسی مقطع نازل بر انتقال حرارت جت برخوردی به یک صفحه تخت

یکی از مهم ترین اهداف پیش رو در صنعت، بحث بهینه سازی مصرف انرژی است. در بحث جت های برخوردی، هدف رسیدن به بیشترین انتقال حرارت با صرف کم ترین هزینه همواره موردتوجه بوده است. ازآنجاکه پارامترهای بسیاری بر انتقال حرارت جت های برخوردی اثرگذارند، همواره تلاش بر این بوده است که به نحوی با تغییر این پارامترها ضریب انتقال افزایش یابد. یکی از پارامترهای موثر بر ضریب انتقال حرارت، هندسه نازل می باشد. هندسه های دایروی، مربعی، مستطیلی و بیضوی تاکنون بارها مورد آزمایش قرارگرفته اند و اثرات تغییرات عدد رینولدز و فاصله جت تا صفحه بر آن ها بررسی شده است. یکی از هندسه هایی که تاکنون بررسی نشده، نازل با مقطع مثلثی می باشد. در پژوهش حاضر به بررسی عددی و آزمایشگاهی اثرات هندسه نازل، فاصله نازل تا صفحه برخورد و عدد رینولدز بر ضریب انتقال حرارت محلی جت برخوردی نامحدود بر روی صفحه تخت صاف پرداخته شده است. ازآنجاکه هدف تمامی این تغییرات، کاهش ضخامت لایه مرزی در نقطه برخورد جت با صفحه می باشد، پیش بینی می شود با تغییر نازل به مثلثی، به دلیل افزایش توربولنسی، این ضخامت کاهش یابد و ضریب انتقال حرارت افزایش یابد. سه نازل با سه هندسه دایروی، مربعی و مثلثی با قطر معادل برابر 20 میلی متر موردبررسی عددی و آزمایشگاهی قرارگرفته است. عدد رینولدز بر اساس قطر هیدرولیک نازل ها دارای مقادیر 5000 تا 23000 بوده و نسبت فاصله نازل تا صفحه برخورد به قطر معادل برابر 1 تا 8 می باشد. به این منظور ابتدا حل عددی با استفاده از نرم افزار فلوئنت مدل توربولنسی v2f در شرایطی مطابق حل های آزمایشگاهی پیشین، توسط روش های مختلف توربولنسی انجام شد و بهترین روش حل از میان روش های مختلف انتخاب گردید. سپس حل عددی برای سه نازل دایروی، مربعی و مثلثی توسط روش صحیح توربولنسی انجام گرفت. با کمک نتایج حاصله از حل های عددی، دستگاه آزمایش ساخته شد و آزمایش ها برای شرایطی یکسان با حل های عددی انجام شد. در پایان به مقایسه ای میان نتایج حاصل از حل عددی و آزمایشگاهی و همچنین مقایسه نتایج در حل های عددی و آزمایشگاهی برای سه نازل متفاوت پرداخته شد. نتایج تطابق خوبی را میان حل های عددی و آزمایشگاهی نشان می دهد. همچنین مشخص شد که پیش بینی افزایش ضریب انتقال حرارت در مورد نازل مثلثی صحیح بوده و این نازل دارای ضریب انتقال حرارتی بیش از دو نازل دیگر می باشد. استفاده از نازل مثلثی نسبت به نازل دایروی باعث افزایش 13/55 درصدی و نسبت به نازل مربعی باعث افزایش 12/32 درصدی ضریب انتقال حرارت در نقطه برخورد می شود. همچنین استفاده از نازل مربعی به جای نازل دایروی اثر ناچیزی بر روی ضریب انتقال حرارت داشته و باعث افزایش 1/14 درصدی ضریب انتقال حرارت در نقطه برخورد می شود. در ادامه اثر افزایش عدد رینولدز و افزایش فاصله جت تا صفحه بر ضریب انتقال حرارت موردبررسی قرار گرفت و این نتیجه حاصل شد که با افزایش عدد رینولدز، ضریب انتقال حرارت افزایش یافته و این مسئله در مورد افزایش فاصله جت تا صفحه در نقاط نزدیک به نقطه برخورد عکس می باشد.