شبیه سازی عددی عملکرد تولیدکننده های گردابه داخل مجرا در افزایش انتقال حرارت سیال غیرنیوتنی

در سالیان اخیر هزینه های بالای انرژی و مواد باعث شده است که کوشش های بسیاری برای رسیدن به راندمان بالاتر برای مبدل های حرارتی جهت کوچکتر شدن ابعاد، بهینه سازی مصرف انرژی و در نهایت کاهش هزینه ها صورت گیرد. افزایش راندمان مبدل حرارتی به معنی حداکثر افزایش انتقال حرارت به همراه حداقل افزایش افت فشار است. از جمله روش های غیرفعال افزایش انتقال حرارت در مبدل های حرارتی، استفاده از ملحقات است. در این رساله با توجه به کاربرد سیال غیرنیوتنی در بسیاری از صنایع، تأثیر استفاده از ملحقات مختلف برای سیال غیرنیوتنی لزج خالص بررسی شده است و نتایج حاصله با سیال نیوتنی مقایسه شده است. این بررسی به صورت عددی و با استفاده از کد calc-bfc (که در حین مراحل انجام رساله توسعه یافته) انجام گرفته است. با توجه به اینکه انتخاب مدل آشفتگی تأثیر بسزایی در دقت نتایج دارد و برای مبدل های حرارتی اغتشاشات نزدیک دیواره ها تأثیر زیادی بر افت فشار و انتقال حرارت دارد، از مدل آشفتگی k-w-v2-f استفاده شده است که توانایی خوبی در پیش بینی جریان های نزدیک به دیوار به خصوص در جدایی جریان، انتقال حرارت و اصطکاک را دارد. برای سیال غیر نیوتنی در حالت آشفته ویسکوزیته ادی اصلاح شده و برای تایید درستی نتایج حاصل از به-کارگیری این مدل اصلاح شده، جریان داخل دو لوله هم مرکز شبیه سازی و نتایج حاصله با نتایج تجربی و نیمه تحلیلی مقایسه شده است. رساله حاضر شامل هفت فصل بوده که در فصل نخست روش های افزایش انتقال حرارت در مبدل های حرارتی معرفی شده و سپس در فصل دوم مروری بر کارهای انجام شده، صورت گرفته است. خصوصیات انواع سیال غیر نیوتنی و مدل های ارائه شده جهت شبیه سازی رفتار این سیالات در فصل سوم معرفی شده است. در فصل های چهارم و پنجم، معادلات حاکم، مدل آشفتگی و روش عددی مورد استفاده در این رساله شرح داده شده است. نتایج حاصله برای جریان آرام و مغشوش سیال نیوتنی و غیرنیوتنی در فصل های ششم وهفتم ارائه گردیده است. ملحقات مورد استفاده در این رساله دیسک، رینگ کامل، قطاعی از دیسک و قطاعی از رینگ می باشد. با توجه به اینکه با افزودن ملحقه علاوه بر افزایش انتقال حرارت، افت فشار نیز افزایش می یابد، ملاک بررسی عملکرد ملحقه نسبت کارایی است. نتایج نشان می دهد که برای جریان آرام، افزودن دیسک و برای جریان آشفته، افزودن قطاعی از رینگ با زاویه 17 درجه منجر به بالاترین نسبت کارایی می شود. تأثیر رئولوژی سیال بر نسبت کارایی بیشتر از هندسه ملحقه است و سیالات رقیق شونده به دلیل داشتن افت فشار کمتر و انتقال حرارت بیشتر دارای نسبت کارایی بالاتری در مقایسه با سیال نیوتنی و غلیظ شونده می باشند.