محمد علایی

تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print


دانشکده: فنی و مهندسی

گروه: مهندسی مکانیک

عنوان پایان نامه:

برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک، گرایش تبدیل انرژی

عنوان:

بررسی اثر زاویه محفظه بر جریان جابجایی طبیعی آرام سیال بینگهام

استاد راهنما:

دکتر محمد سعید عقیقی

استاد مشاور:

دکتر امین عمار

اساتید داور:

دکتر محسن گودرزی

دکتر حبیب الله سایه وند

پژوهشگر:

محمد علایی

تاریخ برگزاری جلسه دفاع:

07/09/1397

ساعت: 15

مکان:

سمینار 3 مکانیک

 

Bu-Ali Sina University
Faculty of Engineering

MSc Thesis

 Title

Effects of inclination angle laminar natural convection in enclosures filled with Bingham 

By

Mohammad alaei

 Supervisor

Dr.Mohammad Saeed Aghighi 

Advisor

Dr.Amin ammar

 
November & 2018

 

 

چكيده:

در این پژوهش بررسی اثر زاویه محفظه بر جریان و انتقال حرارت جابجایی طبیعی آرام  پایدار سیال بینگهام-پلاستیک ، در یک حفره مربع  دوبعدی با مرزهای متفاوت دمایی (یک صفحه گرم و صفحه مقابل سرد)، به‌صورت عددی بررسی‌شده است . معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم توصیف‌کننده‌ی جریان سیال و انتقال حرارت (با استفاده از روش المان محدود مبتنی بر کد نویسی در محیط متلب ) روی محدوده وسیعی از پارامترهای بی‌بعد مربوطه ، ازجمله ، عدد رایلی (5×10^3≤Ra≤10^5)، عدد پرانتل (pr=1 ,10 ,100 ,1000) ، عدد بینگهام (0≤Bn≤Bn_max) و زاویه انحراف محفظه (0≤ϕ≤180) حل‌شده‌اند . جزییات کانتورهای  دما و جریان، نمودارهای سرعت و دما و همچنین توزیع عدد ناسلت میانگین در زاویه‌های مختلف ارائه شده و نواحی تسلیم‌شده و نشده‌ی سیال درون حفره مشخص‌شده است .نتایج نشان داد که عدد بینگهام بیشینه (Bn_max ) و عدد ناسلت میانگین((Nu) ̅ ) با افزایش عدد رایلی افزایش می‌یابند، اما (Nu) ̅  برای سیالات ویسکوپلاستیک  نسبت به سیالات نیوتنی در مقادیر یکسان از عدد رایلی  کوچک‌تر می باشد. همچنین با افزایش عدد بینگهام تا مقدار حدی (Bn_max ) ، عدد ناسلت میانگین به حد رسانایی خالص((Nu) ̅=1) می‌رسد، و انتقال حرارت به‌صورت هدایت صورت می‌گیرد. از طرف دیگر پی برده شد که عدد ناسلت میانگین، وابستگی بسیار ضعیفی را به عدد پرانتل نشان می‌دهد. عدد ناسلت میانگین و عدد بینگهام ماکزیمم (Bn_max )برای هردو سیال نیوتنی و بینگهام با افزایش ϕ تا رسیدن به یک مینیمم محلی در زاویه ϕ^* قبل از افزایش ϕ تا ϕ=90 درجه کاهش می‌یابد. برای ϕ>90 مقدار (Nu) ̅ با افزایش ϕ تا رسیدن به (Nu) ̅=1 در زاویه‌ی ϕ=180 برای همه‌ی مقادیر عدد رایلی کاهش می‌یابد.همچنین Bn_max  با افزایش ϕ برای 90<ϕ<180، کاهش می‌یابد. بعلاوه، با توجه به وجود تنش تسلیم سیال، نواحی شبه سیال(تسلیم‌شده)و شبه جامد(تسلیم نشده) بسته به میزان تنش غالب جریان در مقابل تنش تسلیم سیال، در دامنه‌ی جریان هم‌زیستی می‌کنند. دریافته شد که به‌طور طبیعی، در نواحی شبه جامد انتقال حرارت به‌صورت رسانایی رخ می‌دهد و انتقال حرارت جابجایی به نواحی تسلیم‌شده محدود می‌شود. علاوه براین روشن است که گستره‌ی نواحی تسلیم‌شده با افزایش عدد بینگهام و یا کاهش عدد رایلی به‌موجب تضعیف جریان ناشی از شناوری کاهش می‌یابد. درنهایت در عدد بینگهام بیشینه تمام جریان به‌صورت شبه جامد درآمده و انتقال حرارت به‌صورت رسانایی خالص رخ می‌دهد.    

واژه‌های کلیدی: جابجایی طبیعی، انتقال حرارت، تنش تسلیم، سیال بینگهام-پلاستیک، محفظه مربعی شکل

Abstract:

       In this study, effects of inclination angle on steady-state laminar natural convection in enclosures filled with Bingham viscoplastic fluid, In a two-dimensional square enclosures with differentially heatad sidewalls (A hot plate and a cold front plate), has been investigated numerically. The governing partial differential equations describing the fluid flow and heat transfer, have been solved (using the Finite-Element Method based on coding in MATLAB environment) over wide ranges of the pertinent dimensionless parameters, namely, Rayleigh number (5×10^3≤Ra≤10^5 ), prandtl number (pr=1,10,100,1000), Bingham number (0≤Bn≤Bn_max ) and inclination enclosure (0≤ϕ≤180) . The detailed flow and temperature contours, variations of non-dimensional velocity and Temperature, as well as the distribution of mean Nusselt number are presented at inclination angles and the yielded and unyielded regions within the cavity fluid, has been revealed. The result showed that the maximum Bingham number (Bn_max ) and the mean Nussselt number ((Nu) ̅ ) increases with increasing Rayleigh numer, but ((Nu) ̅ ) for viscoplastic fluids is smaller than Newtonian fluids at the same values as the Rayleigh numer. Also, with the Bingham number increasing up to a limiting value of the Bingham number (Bn_max ), The mean Nusselt number reaches the pure conductivity((Nu) ̅=1), and the heat transfer is carried out in the direction of conduction. On the other hand, it has been found that the mean Nusselt number shows a very weakening dependence on the prandtl number. The mean Nusselt number and the maximum Bingham number (Bn_max ) for both the Newtonian and Bingham fluids are decreases with increasing ϕ until reaching a local minimum at an angle ϕ^* before increasing again with increasing ϕ until ϕ=90 deg. For ϕ>90  deg the mean Nusselt number (Nu) ̅ decreases with increasing  ϕ before assuming (Nu) ̅=1 at ϕ=180 deg for all values of Rayleigh number Ra. However, Bn_max  decreases monotonically with increasing ϕ for 90 deg<ϕ<180 deg. Finally, owing to the presence of the fluid yield stress, both fluid-like (yielded) and solid-like (unyielded) regions coexist in the flow domain depending upon the prevailing stress levels vis-a-vis the value of the fluid yield stress. It is found that naturally, heat transfer in the solid-like regions occurs purely by conduction and convection is thus restricted to the fluid-like regions. Furthermore, the yielded regions progressively diminish with the increasing value of the Bingham number and/or the decreasing value of the Rayleigh number as the buoyancy-induced flow weakens. Eventually, the entire flow in the maximum Bingham number is converted to the solid-like and  thereby heat transfer occurs by pure conduction.

 

Key words: Natural convection, heat transfer, yield stress, Bingham plastic fluid, square enclosure

 

 

 

1-    مشخصات فردی

نام: محمد

نام خانوادگی: علایی

تاریخ تولد: 2 تیر 1370

وضعیت تاهل : مجرد

نشانی محل سکونت: بروجرد- شهرک شهید محمد بروجردی                      

شماره تماس: 09031619504

پست الکترونیکی: m70.alaei@gmail.com

 

2-  سوابق تحصیلی

مقطع

رشتهی تحصیلی

عنوان پایان‌نامه

دانشگاه محل تحصیل

معدل

زمان پایان

 

کارشناسی ارشد

مهندسی مکانیک-تبدیل انرژی

بررسی اثر زاویه محفظه بر جابجایی طبیعی آرام سیال بینگهام

دانشگاه بوعلی سینا

15.18

1397

 

کارشناسی

مهندسی مکانیک-بیوسیستم

چگونگی طراحی و تئوری استفاده از دودکش خورشیدی

دانشگاه ایلام

14.50

1393

 

3-  آشنایی با زبان های خارجی

زبان

خواندن

نوشتن

مکالمه

انگلیسی

Advanced

Advanced

Average

4-  آشنایی با نرم افزار

درجه آشنایی

نرم‌افزار

پیشرفته

Matlab

خوب

Solidworks

متوسط

Autocad

خوب

Catia