دانشکده: فنی و مهندسی

گروه: مهندسی مکانیک

اطلاعیه دفاع از:

پایان نامه:

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

عنوان:

جریان آرام جابجایی طبیعی سیال بینگهام، بین دو استوانه ی هم مرکز

استاد راهنما:

دکتر امیره نوربخش

استاد مشاور:

دکتر محمد سعید عقیقی

اساتید داور:

دکتر فضل الله اسکندری منجیلی

دکتر محسن گودرزی

پژوهشگر:

حامد معصومی

تاریخ برگزاری جلسه دفاع:

24/11/1396

ساعت:

17:00

مکان:

سمینار 3 مکانیک

 

 

Bu-Ali Sina University
Faculty of Engineering

 

MSc Thesis

 

Title

Laminar natural convection of Bingham fluid, between two concentric circular cylinders

 

By

Hamed Masoumi

 

Supervisor

Dr.Amireh Noorbakhsh

 

Advisor

Dr.Mohammad Saeed Aghighi

 

February & 2018

 

 

چكيده:

جریان و انتقال حرارت جابجایی طبیعی آرام سیال بینگهام-پلاستیک  بین دو استوانه ی دایروی هم مرکز، با مرزهای متفاوت دمایی، به صورت عددی بررسی شده است. معادلات دیفرانسیل جزیی حاکم توصیف کننده ی جریان سیال و انتقال حرارت (با استفاده از روش المان محدود مبتنی بر کد نویسی در محیط متلب) روی محدوه ی وسیعی از پارامتر های بی بعد مربوطه، از جمله، عدد رایلی ()، عدد پرانتل () و عدد بینگهام () برای محدوه ای از مقادیر نسبت قطر استوانه ی داخلی به قطر استوانه ی خارجی، ()، حل شده اند. جزییات میدان های دما و جریان در مجاورت استوانه ی گرم (داخلی) به ترتیب در ترم هایی از خطوط دما و جریان تجسم شده است. هم چنین نواحی تسلیم شده و تسلیم نشده ی قسمت های مختلفی از دامنه ی جریان مشخص شده اند. بعلاوه در ترم هایی از توزیع عدد ناسلت محلی روی سطح سیلندر داخلی به همراه مقدار میانگین آن و نمودار های سرعت و دما در مقطع عرضی بین دو استوانه در زاویه ی () روشن سازی بیشتری فراهم آمده است.  دریافت شد که عدد ناسلت میانگین با افزایش عدد بینگهام تا مقدار محدود کننده ی عدد بینگهام () که با توجه به طبیعت تسلیم نشده ی جریان، عدد ناسلت میانگین به مقدار تقریبی، نزدیک به حد رسانایی خالص می رسد، کاهش می یابد. علاه بر این، تأثیر نسبت ابعادی B، روی عدد بینگهام بیشینه و نتایج عدد ناسلت میانگین بررسی شده است. از طرف دیگر، پی برده شدکه عدد ناسلت، وابستگی بسیار ضعیفی را به عدد پرانتل نشان می دهد. همچنین عدد بینگهام بیشینه () و عدد ناسلت میانگین () با افزایش عدد رایلی، هردو افزایش می یابند. بعلاوه، با توجه به وجود تنش تسلیم سیال، نواحی شبه سیال (تسلیم شده) و شبه جامد (تسلیم نشده) بسته به میزان تنش غالب جریان در مقابل تنش تسلیم سیال، در دامنه ی جریان هم زیستی می کنند. در یافته شد که به طور طبیعی، در نواحی شبه جامد، انتقال حرارت به صورت رسانایی رخ می دهد و انتقال حرارت جابجایی به نواحی تسلیم شده (شبه سیال) محدود می شود. علاوه بر این، روشن شد که گستره ی نواحی تسلیم شده با افزایش عدد بینگهام و/یا کاهش عدد رایلی به موجب  تضعیف جریان ناشی از شناوری، کاهش می یابد. در نهایت در عدد بینگهام بیشینه () تمام جریان به صورت شبه جامد در آمده و در نتیجه، انتقال حرارت به صورت رسانایی خالص رخ می دهد.

 

واژه­های کلیدی: استوانه های هم مرکز، جابجایی طبیعی، سیال بینگهام-پلاستیک، عدد ناسلت، عدد رایلی، عدد بینگهام، عدد پرانتل

 

Abstract:

                 Flow and Heat transfer by Laminar natural convection of Bingham fluid between two concentric circular cylinders with different thermal boundaries, 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 (), Prandtl number (), and Bingham number () for a range of values of the ratio of the inner cylinder diameter to the outer cylinder diameter, (). The detailed flow and temperature fields in the proximity of the heated cylinder are visualized in terms of the streamline and isotherm profiles, respectively. Also, the yielded and unyielded regions that formed in different parts of the flow domain, has been revealed. Further insights are provided in terms of the distribution of the local Nusselt number along the inner cylinder (heated cylinder) surface together with its average value, and temperature and velocity diagrams at a cross-section between two cylinder at the (). It is found that the average Nusselt number decreases with the increasing Bingham number up to a limiting value of the Bingham number () beyond which the average Nusselt number attains its asymptotic value, close to the pure conduction limit due to the virtually unyielding nature of the fluid. Furthermore, the influence of the aspect ratio, B, on the maximum Bingham number () and the resulting average Nusselt number has been explored extensively. It is found that as the size of the outer cylinder diameter increases with respect to the inner cylinder diameter, i.e., decreasing value of B, the both maximum Bingham number and average Nusselt number increases. On the other hand, Nusselt number shows a very weak dependence on the Prandtl number. Also the mean Nusselt number () and maximum Bingham number () increases with increasing values of Rayleigh number. 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: Concentric circular cylinders, Natural convection, Bingham plastic fluids, Nusselt number, Rayleigh number, Bingham number, Prandtl number,

 

 

1- مشخصات فردي :                                                                                                                                           Personal Details
کد ملی : 4490109466	تاریخ تولد :8/8/1369	نام : حامد  نام خانوادگی:  معصومی
شماره شناسنامه: اختصاصی	محل تولد: ایلام	نام پدر : کامران
تلفن تماس:  09370923304	نشانی محل سکونت: ایلام – بلوار مدرس- خ جانبازان
پست الکترونیکی: hamed_masoumi@yahoo.com	تلفن تماس ضروری:  09370923304

 

 

2- سوابق تحصيلي :
معدل	کشور/ شهر محل تحصیل	نام واحد آموزشی	مدت تحصیل		گرایش	رشته تحصیلی	مقطع تحصیلی
			تا	از
							فوق دیپلم
13.5	ایران	دانشگاه رازی کرمانشاه	1393	1388	حرارت و سیالات	مهندسی مکانیک	لیسانس
17.25	ایران	دانشگاه بو علی سینا همدان	1396	1394	تبدیل انرژی	مهندسی مکانیک	فوق لیسانس