بررسی جریان محوری و انتقال گرما در حلقوی چرخان

جریان و انتقال حرارت در سیالات بین دو استوانه ی هم مرکز که یکی یا هردو دارای حرکت دورانی حول محور استوانه ها هستند، همراه با تغذیه سیال عمود بر سطح مقطع استوانه ها، که رژیمی مرکب از حرکت های محوری و دورانی سیال را به وجود می آورد، از بعد علمی و فنی دارای اهمیت بسیاری است. جریان هایی به این صورت، در بسیاری از سیستم های مکانیکی، مانند یاتاقان ها، موتورهای الکتریکی با تهویه محوری ( جریان هوا بین روتور و استاتور )، مبدل های حرارتی دوار، مته های چاه های نفت و ... کاربرد دارند. در این تحقیق سعی شده است که با شبیه سازی شرایط یک سیستم صنعتی ( رولیک های خنک شونده با آب مورد استفاده در صنعت فولاد )، جریان آرامی از سیال که ابتدا وارد یک لوله ( استوانه داخلی ) و سپس وارد یک حلقوی با دیواره خارجی داغ در حال دوران می شود، مدل سازی شده و شرایط تغییرات دمایی و نرخ انتقال حرارت در طول جریان بررسی شود. بررسی ترموفلوید چنین سیستمی، با حداقل تغییرات نسبت به هندسه سیستم صنعتی و شرایط مرزی آن تا حد امکان، از جنبه های جدید پژوهشی این تحقیق است. فصل های اول و دوم به مروری بر تحقیقات انجام شده پیشین و معرفی مسأله و معادلات حاکم اختصاص دارد. در فصل سوم یک روش حل تحلیلی برای حل معادلات مومنتوم سه بعدی در ناحیه توسعه یافته هیدرودینامیکی جریان و یک روش برای حل معادله انتقال حرارت در ناحیه توسعه یافته هیدرودینامیکی - در حال توسعه دمایی، ارائه شده است. بخش عمده کار که به روش عددی است، به صورت یک مدل جامع برای کل جریان می باشد که روش آن در فصل چهارم و نتایج آن در فصل پنجم ارائه شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که در سرعت های دورانی پایین، چرخش دیواره حلقوی تاثیر ناچیزی روی نرخ انتقال حرارت دارد. همچنین تاثیر این چرخش روی پروفیل جریان محوری نیز کم است که این تاثیر در نواحی ورودی جریان نسبت به ناحیه توسعه یافته چشم گیرتر می باشد.