فرزاد حسن نژاد

فرزاد حسن نژاد


تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print

 

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

 

عنوان:

تحلیل عددی جریان و انتقال حرارت تک‌­فازی در یک مبدل حرارتی صفحه‌­ای راهگاه-میکروکانال

 

استاد راهنما:

 دکتر حبیب­ الله سایه­‌وند

 

نگارش:     

  فرزاد حسن­ نژاد شریفی

 

اساتید داور:

دکتر فضل الله اسکندری

دکتر امیره نوربخش

 

زمان: 19/11/95 ساعت 30/17

مکان:  آمفی تئاتر دانشکده

 

چکیده:

در صنایع گوناگون علاقه زیادی به توسعه مبدل­های حرارتی که به­طور مؤثر توانایی تبادل حرارت بین دو سیال با اختلاف دمای معین را دارند، به چشم می­خورد. مدل­های تحلیلی و عددی گوناگونی برای تخمین افت فشار و شدت انتقال حرارت در چاه­های حرارتی ارائه شده و به ­طور مشخص، میکروکانال­ها افزایش انتقال حرارت قابل توجهی را فراهم می­کنند، اما با افت فشار خیلی بالایی مواجه می­شوند. این مشکل، به توزیع غیریکنواخت جریان از ورودی راهگاه توزیع به میکروکانال­ها که ناشی از رشد بیش از حد فشار سکون است، برمی­گردد. از دلایل اصلی این پدیده، می­توان به یکنواخت­بودن سطح مقطع عرضی راهگاه در راستای موافق جریان اشاره کرد که موجب افزایش رشد فشار سکون گردیده و منجر به جریان خروجی بیش­تر از طریق کانال­های خروجی پایین­دست می­شود. برای خنثی­نمودن این پدیده، مخروطی­کردن راهگاه توزیع با کاهش سطح مقطع عرضی در راستای موافق جریان منطقی به نظر می­رسد.  مدلی که جهت پایین آوردن افت فشار وارده و نیز متعاقباً افزایش انتقال حرارت مطرح شده، چاه حرارتی دارای راهگاه - میکروکانال می­باشد. یک چاه حرارتی راهگاه - میکروکانال متشکل از یک مجموعه دارای راهگاه است که سیال سرد­کننده را از طریق ردیف­های ورودی- خروجی چند­گانه توزیع می­کند تا بدین وسیله، طول جریان از طریق میکروکانال را کاهش داده و به همین سبب قابلیت استفاده در مبدل­های حرارتی صفحه­ای را دارد. در این پایان­نامه از یک روش جدید معرفی­شده توسط اوحدی و همکاران برای مدل­سازی عددی جریان سیال و انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی صفحه­ای راهگاه میکروکانال و برای هندسه­های مختلف کاهش سطح مقطع و رژیم­های جریان متفاوت استفاده شده است. در این روش از یک ایده ترکیبی استفاده شده که در آن پدیده­های انتقال در میکروکانال­ها با استفاده از فرمول­بندی دینامیک سیالات محاسباتی مدل می­شوند، در صورتیکه همان­ها در راهگاه، تحت حاکمیت معادلات دیفرانسیل معمولی جریان یک­بعدی قرار دارند. مزیت این روش در مقایسه با روش­های دیگر آن است که افت فشار هم در راهگاه و هم در میکروکانال­ها محاسبه می­گردد. این روش را می­توان در مورد سیستم­های با تعداد زیادی از میکروکانال­ها مورد استفاده قرار داد که زمان محاسباتی آن نسبت به  مدل­سازی کل مبدل حرارتی بسیار کوتاه­تر است. نتایج تحلیل عددی و انتقال حرارت حاکی از آن است که کاهش سطح مقطع راهگاه به­صورت قسمتی از بیضی با تقعر رو به پایین و در محدوده رینولدزهای بالاتر از 1000 نسبت به سایر هندسه­ها و رژیم­های جریان از عملکرد بهتری برخوردار است. کاهش نسبی افت فشار کلی، حجم کل و نیز توان پمپاژ مورد نیاز از مزیت­های این هندسه به شمار می­آید.

 

واژه­ های کلیدی: مبدل حرارتی صفحه­‌ای - چاه حرارتی راهگاه-میکروکانال دینامیک سیالات محاسباتی.

 

Abstract:

                 Heat exchangers in various industries interested in developing an effective heat exchange between fluids with specific temperature difference, to be seen. A variety of analytical and numerical models to estimate the pressure drop and heat transfer rate in heat sinks and, in particular, provide significantly enhanced heat transfer microchannels, but are faced with a high pressure drop. This problem, turns back to  non-uniform distribution of the incoming flow passages caused by an overgrowth of static pressure distribution in microchannels. To thwart this phenomenon, tapered off distribution manifold with reduced cross-sectional area in the direction of flow, seems logical. The model to lower pressure drop and subsequently heat transfer raise, is manifold-microchannel heat sink. A manifold-microchannel heat sink  is composed of a set of manifolds where cooling fluid passes through a set of multyple input-output distribution  manifolds to thereby reduce the flow length through the microchannels and that's why it is usable in plate heat exchangers. In this thesis, by introducing a new method for numerical simulation of fluid flow and heat transfer by Owhadi et. all in a manifold – microchannel plate heat exchanger and for different geometries reducing the area and different flow regimes have been used. The combination of an idea where transport phenomena in microchannels using computational fluid dynamics model formulation, whereas the same are governed by one-dimensional ordinary differential equations. The advantage of this method compared to other methods is that pressure drop in both the manifold and microchannels are calculated. This method can be used on systems with a large number of microchannels that computational time is much shorter than the modeling of heat exchangers. The relative reduction in overall pressure drop, the total volume and the pumping power  required  are advantages of this geometry.

 

Key Words: Plate Heat Exchanger - Heat Sink - Manifold-microchannel – Computational Fluid Dynamics.

 

رزومه

نام و نام خانوادگی : فرزاد  حسن نژاد

شماره دانشجویی : 9313163005

متولد : 1368

گیلان  -  رشت                                                                                            

Mobile : 09112317833       Email : gmonej@yahoo.com

رشته تحصیلی : مهندسی مکانیک تبدیل انرژی

سوابق تحصیلی:

   کارشناسی : دانشگاه گیلان مهندسی مکانیک گرایش  حرارت و سیالات                             معدل کارشناسی : 15.14

 

پایان نامه کارشناسی :

   مقایسه الگوریتم های بهینه سازی چندهدفی و کاربرد آنها در مهندسی مکانیک

 

مهارت های  کاری :

  طراحی و ساخت عایق های حرارتی و صوتی به صورت انژکتوری تحت پرس

  

 

کارآموزی :

 نمایندگی پارس خزر در استان گیلان

 

مهارتهای نرم افزاری :

 ............ در حد متوسط                                                                          Carrier . HAP4

 ............................. در حد متوسطCATIA

 ....................... در حد متوسطMATLAB

 ...................... در حد متوسطAutoCAD

 ........................... در حد متوسطAnsys

 ......................... در حد متوسطFluent

 ..................... در حد متوسطFortran

 

زبان انگلیسی : در سطح قابل قبول جهت تحقیق و ترجمه