دانلود تحقيق مطالعه و بررسي جريان سيال و انتقال حرارت در فایل ورد (word) دارای 194 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد دانلود تحقيق مطالعه و بررسي جريان سيال و انتقال حرارت در فایل ورد (word) کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است
توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است
بخشی از فهرست مطالب پروژه دانلود تحقيق مطالعه و بررسي جريان سيال و انتقال حرارت در فایل ورد (word)
فصل اول: مقدمه
1-1 جدایش جریان
1-2 نحوه تشکیل و پخش گردابه
1-3 کاربرد جریان¬بندها در مهندسی
فصل دوم: مروری بر فعالیت¬های تحقیقاتی گذشته
2-1 مقدمه
2-2 هندسه یک سیلندری در جریان آرام
2-3 هندسه یک سیلندری در جریان مغشوش
2-4 هندسه چند سیلندری در جریان آرام
2-5 هندسه چند سیلندری در جریان مغشوش
فصل سوم: بیان مسأله مورد نظر و معادلات حاکم بر آن
3-1 طرح مسأله فعلی و جایگاه آن
3-2 هندسه مسأله
3-3 معادلات حاکم در جریان آرام
3-3-1 میدان جریان سیال
3-3-2 میدان دما و انتقال حرارت
3-4 معادلات حاکم در جریان مغشوش
3-4-1 میدان جریان سیال و دما
3-5 جمع¬بندی معادلات
3-6 روش حل مسأله
3-7 شرایط مرزی و نحوه اعمال آنها
3-7-1 مقدمه
3-7-2 شرط مرزی ورودی
3-7-3 شرط مرزی خروجی
3-7-4 شرط مرزی دیوار
3-7-5 شرط مرزی تقارن
فصل چهارم: نتایج جریان آرام
4-1 مقدمه
4-2 مقایسه نتایج بدست آمده برای هندسه یک سیلندری با نتایج موجود
4-3 مطالعه شبکه
4-4 مطالعه نسبت انسداد
4-5 تحلیل نتایج رژیم جریان آرام
4-5-1 تحلیل نتایج جریان سیال برای فاصله بین سیلندری ثابت G=5
4-5-2 تحلیل نتایج جریان سیال برای فواصل بین سیلندری مختلف
4-5-3 تحلیل نتایج انتقال حرارت و میدان دما
فصل پنجم: نتایج جریان مغشوش
5-1 مقدمه
5-2 تحلیل نتایج بدست آمده برای جریان سیال
5-3 تحلیل نتایج میدان دما و انتقال حرارت
جمع¬بندی نتایج و ارائه پیشنهادات
فهرست منابع
بخشی از فهرست مطالب پروژه دانلود تحقيق مطالعه و بررسي جريان سيال و انتقال حرارت در فایل ورد (word)
[1] نادر نبهانی، مکانیک سیالات، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، مؤسسه انتشارات علمی،
[2] محمود یحیایی، اثر باد بر سازه ها به انضمام آیین نامه باد ASCE-1996، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی،
[3] E. Simiu and R.H. Scanlan, Wind effect on structures, 3th edition, Wiley Interscience, New York,
[4] V. Strouhal, Uber eine besondere Art der Tonerregung, Ann. Physik und Chemie, Neue Folge, vol. 5, pp.216-251,
[5] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Numerical Simulaion of Unsteady Flow Around a Square Two-Dimensional Cylinder, In. Proc. 12th Australasian Fluid Mechanics Conference, R.W.Bilger (Ed.),pp.517-520, The University of Sydney, Australia, Dec
[6] K. M.Kelkar and E. F. Patankar, Numerival Prediction of Vortex Shedding behind a Square Cylinder, Int. J. Numer. Meth. In Fluids, vol. 14, page 327,
[7] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Numerical Simulaion of Unsteady Flow around Rectangular Cylinders at Incidence, J. of Wind Eng. Ind. Aerodyn., vol.69-71, pp. 189-201,
[8] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Low-Reynolds-Number Flow aroud a Square Cylinder at Incidence:Study of Blockage,Onset of Vortex Shedding and Outlet Boundary Condition, Int. J. for Numer. Meth. In Fluids, vol.26, pp.39-56,
[9] A. Sohankar, C. Norberg and L. Davidson, Numerical Simulation of Flow past a Square Cylinder, 3rd ASME/JSME Joint Fluids Eng. Conference, San Francisco, California, USA, July
[10] B.S.V. Patnaik, P.A.A. Narayana and K.N. Seetharamu, Finite Element Simulation of Transient Laminar Flow Past a Circular Cylinder and Two Cylinders in Tandem Influence of Buoyancy, Int. J. Numer. Methods for Heat and Fluid Flow, vol. 10, No. 6, pp. 560-580,
[11] A.Sohankar, A Numerical Investigation of the Unsteady Wake Flow of Circular Cylinders, 10th Annual Int. Mech. Eng. Conference, knt uni., Tehran, Iran,
[12] A. Sharma and V. Eswaran, Heat and Fluid Flow Across a Square Cylinder in the Two-Dimensional Laminar Flow Regime, Numer. Heat Transfer, Part A, vol. 45, pp. 247-269,
[13] L. Zhou, M. Cheng and K.C. Hung, Suppression of Fluid Force on a Square Cylinder by Flow Control, J. of Fluids and Structures, vol. 21, pp. 151-167,
[14] A. Wietrzak and D. Poulikakos, Turbulent Forsed Convective Cooling of Microelectronic Devices, Int. J. Heat and Fluid Flow, vol. 11, No. 2, June
[15] G. Bosch and W. Rodi, Simulation of Vortex Shedding past a Square Cylinder Near a Wall, Int. J. Heat and Fluid Flow, vol. 17, pp. 267-275,
[16] G. Bosch and W. Rodi, Simulation of Vortex Shedding past a Square Cylinder with Different Turbulence Models, Int. J. for Numer. Meth. in Fluids, vol. 28, pp.601-616,
[17] A. Sohankar, L. Davidson and C .Norberg, A Dynamic one Equation Subgrid Model for Simulation of Flow around a Square Cylinder, Eng. Turbulence Modelling and Experiments, vol.4, pp.227-236,
[18] A. Valencia and C. Orellana, Simulation of Turbulent Flow and Heat Transfer around Rectangular Bars, Int. Comm. Heat Mass Transfer, vol.26, No.6, pp.869-878,
[19] E.R. Meinders and K. Hanjali, Vortex Structure and Heat Transfer in Turbulent Flow over a Wall-Mounted Matrix of Cubes, Int. J. of Heat and Fluid Flow, vol. 20, pp. 255-267,
[20] Jerry M. Chen and Chia-Hung Liu, Vortex Shedding and Surface Pressures on a Square Cylinder at Incidence to a Uniform Air Stream, Int. J. of Heat and Fluid Flow, vol. 20, pp. 592-597,
[21] Tetsuro Tamura and Tetsuya Miyagi, The Effect of Turbulence on Aerodynamic Forces on a Square Cylinder with Various Corner Shapes, J. Wind Eng. Ind. Aeridy. , vol. 83, pp. 135-145,
[22] M. Matsumoto, Vortex Shedding of Bluff Bodies:A Review, J. Fluid and Structures, vol. 13, pp. 791-811,
[23] Alvaro Valencia, Turbulent Flow and Heat Transfer in a Channel with a Square Bar Detached from the Wall, Numerical Heat Transfer, Part A, vol. 37, pp. 289-306, 2000,
[24] A. Sohankar, L. Davidon and C. Norberg, Large Eddy Simulation of Flow Past a Square Cylinder:Comparison of Different Subgrid Scale Model, Journal of Fluids Engineering, vol. 122, 39-47,
[25] C. Norberg, Flow Around a Circular Cylinder:Aspects of Fluctuating Lift, Journal of Fluids and Structures, vol. 15, pp.459-469,
[26] Günter Schewe, Reynolds-Number Effects in Flow Around more-or less Bluff Bodies, J. Wind Eng. Ind. Aerody. , vol. 89, pp. 1267-1289,
[27] K. Shimada and T. Ishihara, Application of a Modified – Model to the Prediction of Aerodynamic Charateristics of Rectangular Cross-Section Cylinders, Journal of Fluids and Structurs, vol. 16, pp. 465-485,
[28] M. Sarioglu and T. Yavuz, Subcritical Flow Around Bluff Bodies, AIAA, vol. 40, No. 7, pp.1257-1268,
[29] Md. Mahbub Alam, H. Sakamoto and M. Moriya, Reduction of Fluid Forces Acting on a Single Circular Cylinder and Two Circular Cylinders By Using Tripping Rods, Journal of Fluids and Structures, vol. 18, pp. 347-366,
[30] C. Norberg, Fluctuating Lift on a Circular Cylinder:Review and New Measurements, Journal of Fluids and Structures, vol. 17, pp. 57-96,
[31] Do-Hyeong Kim, Kyung-Soo Yang and Mamoru Senda, Large Eddy Simulation of Turbulent Flow Past a Square Cylinder Confined an a Channel, Computers & Fluids, vol. 33, pp. 81-96,
[32] A. Sohankar, Flow Over a Bluff Body from Moderate to High Reynolds Nimbers Using Large Eddy Simulation, Computers & Fluids,
[33] K. Tatsutani, R. Devarakonda and J. A. C. Humphrey, Unsteady Flow and Heat Transfer for Cylinder Pairs in a Channel, Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 13, No. 13, pp. 3311-3328,
[34] A. Valencia, Unsteady Flow and Heat Transfer in a Channel with a built-in Tandem of Rectangular Cylinders, Numer. Heat Transfer, Part A, vol. 26, pp. 613-623,
[35] A. Valencia, Numerical Study of Self-Sustained Oscillatory Flows and Heat Transfer in Channels with a Tandem of Transverse Vortex Generators, Heat and Mass Transfer, vol. 33, pp.465-470,
[36] J.R. Meneghini, F. Saltara, C.L.R. Siqueira and J.A. Ferrari Jr, Numerical Simulation of Flow Interference Between Two Circular Cylinders in Tandem and Side-By-Side Arrangements, Journal of Fluids and Structures, vol. 15, pp. 327-350,
[37] J. L. Rosales, A. Ortega and J. A. C. Humphrey, A Numerical Simulation of the Convective Heat Transfer in Confined Channel Flow past Square Cylinders: Comparison of Inline and Offset Tandem Pairs, Int. J. of Heat and Mass Transfer, vol. 44, pp. 587-603,
[38] J. Mizushima and T. Akinaga, Vortex Shedding from a Row of Square Bars, Fluid Dynamics Research, vol. 32, pp. 179-191,
[39] A. Agrawal, L. Djenidi and R.A. Antonia, Investigation of Flow Around a Pair of Side-By-Side Square Cylinders using the Lattice Boltzmann Method, Computers & Fluids, vol.XX, pp. XXX-XXX,
[40] B. Sharman, F.S. Lien, L. Davidson and C. Norberg, Numerical Predictions of Low Reynolds Number Flows Over Two Tandem Circular Cylinders, Int. J. Numer. Meth. Fluids, vol. 47, pp. 423-447,
[41] G.X. Wu and Z.Z. Hu, Numerical Simulation of Viscous Flow Around Unrestrained Cylinders, Journal of Fluid and Structures, vol. 22, pp. 371-390,
[42] P. T. Y. Wong, N. W. M. Ko and A. Y. W. Chiu, Flow Characterisics around Two Parallel Adjacent Square Cylinders of Different Sizes, J. of Wind Eng. Ind. Aerodyn., vols.54/55, pp.263-275,
[43] J. Alvarez, M. Pap and A. Valencia, Turbulent Heat Transfer in a Channel with Bars in Tandem and in side by side arrangements, Int. J. of Numer. Meth. For Heat & Fluid Flow, vol. 10, No. 8, pp.877-895,
[44] B. Niceno, A. D. T. Dronkers and K. Hanjalic, Turbulent Heat Transfer from a multi-layered wall-mounted Cube Matrix:a Lage Eddy Simulation, Int. J. of Heat and Fluid Flow, vol.23, pp.173-185,
[45] A. Valencia and M.Cid, Turbulent Unsteady Flow and Heat Transfer in Channels with Periodically Mounted Square Bars, Int. J. of Heat and Mass Transfer, vol. 45, pp.1661-1673,
[46] J.C. Lin, Y. Yang and D. Rockwell, Flow Past Two Cylinders in Tandem:Instantaneous and Averaged Flow Structure, Journal of Fluids and Structures, vol. 16, No. 8, pp. 1059-1071,
[47] Chia-Hung Liu and Jerry M. Chen, Observation of Hysteresis in Flow around Two Square Cylinders in a Tandem Arrangement, J. of Wnd Eng. Ind. Aerodyn., vol. 90, pp. 1019-1050,
[48] Md. Mahbub Alam, M. Moriya, K. Takai and H. Sakamoto, Suppression of Fluid Forces Acting on Two Square Prismes in a Tandem Arrangement by Passive Control of Flow, Journal of Fluids and Structures, vol.16, No. 8, pp. 1073-1092,
[49] Md. Mahbub Alam, M. Moriya and H. Sakamoto, Aerodynamic Characteristics of Two Side-By-Side Circular Cylinders and Application of Wavelet Analysis on the Switching Phenomenon, Journal of Fluids and Structures, vol. 18, pp. 325-346,
[50] Md. Mahbub Alam, M. Moriya, K. Takai and H. Sakamoto, Fluctuating Fluid Forces Acting on Two Circular Cylinders in a Tandem Arrangement at a Subcritical Reynolds Number, J. Wind Eng. Ind. Aerody., vol. 91, pp. 139-154,
[51] Md. Mahbub Alam and H. Sakamoto, Investigation of Strouhal Frequencies of Two Staggered Bluff Bodies and Detection of Multistable Flow by Wavelets, Journal of Fluids and Structures, vol. 20, pp. 425-449,
[52] Md. Mahbub Alam, H. Sakamoto and Y. Zhou, Determination of Flow Configurations and Fluid Forces Action on Two Staggered Circilar Cylinders of Equal Diameter in Cross-Flow, Journal of Fluids and Structures, vol. 21, pp. 363-394,
[53] Md. Mahbub Alam, H. Sakamoto and Y. Zhou, Effect of T-Shaped Plate on Reduction in Fluid Forces on Two Tandem Cylinders in a Cross-Flow, J. Wind Eng. Ind. Aerody., vol. 94, pp. 525-551,
[54] David C. Wilcox, Turbulence Modeling for CFD, Griffin Printing, Glendale, California,
[55] W. Jones and B. Launder, The Prediction of Laminarization with a Two-Equation Model of Turbulence, Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 15, pp. 301-314,
[56] S.V. Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, McGraw-Hill, New York,
[57] Versteeg and Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics,
[58] J.E. Thompson, Z.U.A. Warsi and C.W. Mastin, Numerical Grid Generation, Foundation and Applications, Notrh-Holland,
[59] D.B. Spalding, A General Purpose Computer Program for Multi-Dimensional One- and Two-phase Flow, Mathematics and Computers in Simulation, IAMCS, XX111, pp. 267,
[60] C.L.V. Jayatillaka, Progr. In Heat Mass Transfer, vol. 1, pp. 193,
[61] J. Robichaux, S. Balachandar and S.P. Vanka, Three-Dimensional Floquet Instability of the Wake of Square Cylinder, Phys. Fluids, vol. 11, pp. 560-578,
[62] Y. Shimizu and Y. Tanida, Fluid Forces Acting on Cylinders of Rectangular Cross Section, Trans. Jpn. Soc. Mech. Eng. B, vol. 44, pp. 2699-2706,
[63] R. Franke, W. Rodi and B. Schnung, Numerical Calculation of Vortex Shedding Flow past Cylinders, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., vol. 35, pp. 237-257,
مقدمه
1-1 جدایش جریان
محدوده مقادیر لزجت در سیالات مختلف بسیار وسیع است. مثلاً لزجت هوا در فشارها و درجه حرارتهای معمول، نسبتاً کوچک است. این مقدار کوچک لزجت در بعضی شرایط، نقش مهمی در توصیف رفتار جریان ایفا میکند. یکی از اثرات مهم لزجت سیالات در تشکیل لایه مرزی[1] است
جریان سیالی که بر روی یک سطح صاف و ثابت حرکت میکند را در نظر بگیرید. به تجربه ثابت شده است که سیال در تماس با سطح به آن میچسبد (شرط عدم لغزش[2]). این پدیده باعث میشود که حرکت سیال در یک لایه نزدیک به سطح کند شود و ناحیهای به نام لایه مرزی بوجود میآید. در داخل لایه مرزی سرعت سیال از مقدار صفر در سطح به مقدار کامل خود افزایش مییابد، که معادل سرعت جریان در خارج از این لایه است. بعبارت دیگر، در لایه مرزی سرعت افقی در امتداد عمود بر سطح تغییر میکند، که این تغییرات در نزدیکی سطح بسیار شدید است. یک نمونه از توزیع سرعت در لایه مرزی تشکیل شده بر روی سطح یک جسم در شکل 1-1 نشان داده شده است
لایه مرزی نزدیک یک صفحه تخت در جریان موازی با زاویه صفر نسبت به امتداد جسم، بعلت اینکه فشار استاتیکی در کل میدان جریان ثابت باقی میماند، نسبتاً ساده است. از آنجا که خارج از لایه مرزی سرعت ثابت باقی میماند و همچنین به خاطر اینکه در جریان بدون اصطکاک معادله برنولی معتبر است، فشار نیز ثابت باقی خواهد ماند. بنابراین فشار در امتداد لایه مرزی هم اندازه با فشار در خارج از لایه مرزی، ولی در فواصل مشابه است. بعلاوه در فاصله x مشخص از ابتدای صفحه، فرض میشود که فشار در امتداد ضخامت لایه مرزی ثابت باقی میماند. این اتفاق بطور مشابه برای هر جسمی با شکل دلخواه، زمانی که فشار خارج لایه مرزی در امتداد طول جسم تغییر کند نیز رخ میدهد. بعبارتی میتوان گفت فشار خارجی بر لایه مرزی اثر میگذارد. بنابراین برای حالتی که جریان عبوری از یک صفحه تخت داریم، فشار در سرتاسر لایه مرزی ثابت باقی میماند
دو اثر بسیار مهم در جریان سیال، اثرات اینرسی و لزجت است. رابطه بین این دو اثر با یکدیگر مشخص کننده نوع جریان است. این رابطه بصورت پارامتر بدون بعد Re یا عدد رینولدز که برابر با اندازه نسبت نیروهای اینرسی به لزجتی است، تعریف میشود. نسبت نیروی اینرسی به نیروی لزجت برای یک المان سیال با بعد سطح، به وسیله رابطه زیر که همان عدد رینولدز است تعریف میشود
بنابراین وقتی عدد رینولدز بزرگ است، اثرات اینرسی حاکم میشود و زمانی که کوچک است، اثرات لزجت قویتر است. شایان ذکر است که مفهوم عدد رینولدز در رابطه با مرزها که بر جریان اثر میگذارد، یک کمیت موضعی است، بعبارتی انتخابهای مختلف طول مشخصه L در محاسبه عدد رینولدز، منجر به مقادیر مختلفی برای این پارامتر خواهد شد. بنابراین جریان بر روی یک جسم ممکن است که محدوده وسیعی از اعداد رینولدز را شامل شود که بستگی به محلی دارد که مطالعه بر روی آن انجام میشود. بنابراین در بحث جریانی که از روی یک جسم عبور میکند، معمولاً طول مشخصه L بگونهای انتخاب میشود که نمایانگر یک بعد کلی از جسم باشد
اگر حرکت ذرات سیال موجود در لایه مرزی به اندازه کافی به وسیله نیروهای اصطکاکی کاهش یابد، جدایش[3] جریان بوجود میآید. بعبارتی دیگر میتوان گفت، جدایش جریان بدلیل کاهش زیاد اندازه حرکت یا مومنتوم جریان نزدیک دیوار اتفاق میافتد. میتوان با یک بحث هندسی در خصوص مشتق دوم سرعت u روی دیوار، پدیده جدایی جریان را تجزیه و تحلیل کرد.[1]
بطور کلی هر المان سیال تحت تأثیر دو عامل قرار میگیرد، یکی نیروی لزجت که همیشه با حرکت سیال مخالفت میکند و سرعت المان سیال را کاهش میدهد، دیگری نیروی فشاری که بسته به اینکه گرادیان فشار، ، مثبت یا منفی باشد با حرکت المان سیال مخالفت یا به پیشروی آن کمک میکند
برای گرادیان فشار صفر، ، مشتق دوم سرعت با توجه به رابطه (1-3) در دیوار صفر است، سپس با توجه به اینکه مشتق اول در دیوار حداکثر است و با افزایش y کاهش مییابد، مشتق دوم برای y مثبت باید منفی باشد، زیرا منفی بودن مشتق دوم سرعت به معنی کاهش و در نتیجه نزدیک شدن u به U است. شکل 1-2-الف این شرایط را نشان میدهد
اگر گرادیان فشار منفی باشد، ، به این گرادیان فشار، گرادیان مطلوب فشار گفته میشود. منفی بودن گرادیان فشار منجر به مثبت شدن ، یعنی افزایش سرعت جریان آزاد در طول جریان میشود. شیب توزیع سرعت نزدیک دیواره بزرگ است و در امتداد y کاهش مییابد و مشتق دوم در نزدیک دیواره و در لایه مرزی منفی است. برای نتیجه میشود که ، اندازه حرکت نزدیک دیوار نسبت به مومنتوم در حالت ، بزرگتر است، همانطور که در شکل 1-2- ب نشان داده شده است
اکنون فرض کنید گرادیان فشار مثبت باشد، ، به این گرادیان فشار، گرادیان نامطلوب فشار (گرادیان فشار معکوس) گفته میشود. زیرا وجود گرادیان فشار مثبت سبب بروز مواردی مثل افزایش افت انرژی یا افزایش نیروی پسا یا نیروی مقاوم اصطکاکی میشود. از رابطه (1-3) در نتیجه میشود که . لذا شیب سرعت حوالی دیواره در امتداد y افزایش مییابد. شکل 1-2-ج و 1-2-د این شرایط را نشان میدهد. در اینحالت میتوان گفت که نیروی فشاری با حرکت المانهای سیال مخالفت میکند و در نتیجه سرعت سیال کم میشود
اگر گرادیان نامطلوب فشار در امتداد جریان ادامه یابد شکل(1-2- د)، در این صورت گرادیان سرعت روی سطح برابر صفر میشود، و این نقطه را میتوان نقطه جدایی[4] نامید. در این نقطه تنش برشی روی دیوار صفر است، و اصطلاحاً جدایی جریان اتفاق میافتد. در این شرایط جریان نزدیک دیوار نخست متوقف و سپس در جهت عکس جریان اصلی حرکت میکند. بصورت خلاصه میتوان گفت که گرادیان نامطلوب فشار و تنش برشی، اندازه حرکت در لایه مرزی را کاهش داده و اگر هر دو اثر در یک مسافت لازم عمل کنند، سبب میشود که لایه مرزی متوقف شود. این پدیده را جدایی مینامند. بنابراین از آنچه گفته شد میتوان نتیجه گرفت که شرط وقوع جدایی تنها میتواند در ناحیه گرادیان نامطلوب فشار رخ دهد. با این همه باید به خوبی روشن شده باشد که وجود گرادیان نامطلوب فشار یک شرط لازم و نه یک شرط کافی برای جدایی است. بعبارتی دیگر میتواند گرادیان نامطلوب فشار وجود داشته باشد بدون جدایی و این در حالی است که جدایی بدون گرادیان نامطلوب فشار نمیتواند رخ دهد
1-2 نحوه تشکیل و پخش گردابه
گرادیان فشار نامطلوب به همراه وجود اثرات لزجت باعث ایجاد جدایش جریان میشود. برای مثال زمانی که جریان بر روی یک جسم گوشهدار حرکت کند (شکل 1-3 را ببینید)، باعث جدایش جریان میشود
مطالعه و بررسی ویژگیهای جریان و انتقال حرارت حول سیلندرهایی با مقطع مربعی، از جمله مسائل مرتبط با عبور جریان سیال حول اجسام با گوشههای تیز است. این سیلندرهای مربعی که در مقابل جریان قرار دارند، جزء اجسام جریانبند[5] محسوب میشوند. بطور کلی به هر شئ که مقطع مقابل جریان بزرگ داشته باشد و راه جریان را بند آورده و یک ناحیه ویک[6] وسیع ایجاد کند، جسم جریانبند گویند. شکل 1-4 نحوه قرارگیری یک جسم جریانبند با مقطع مربعی را در برابر جریان نشان میدهد
با وجود هندسه نسبتاً ساده اجسام جریانبند، الگوی جریان حول این اجسام پدیده پیچیدهای است. بهمین علت جریان بیشتر حول اجسام جریانبند با سطح مقطعهای ساده از قبیل مقاطع دایرهای و مربعی دوبعدی بررسی میشود. جریان حول این اجسام با جدا شدن از سطوح جسم، باعث ایجاد ناحیه ویک بزرگی در جریان پاییندست میشود. همچنین لایههای جدا شده تولید گردابههایی منفصل در ناحیه پشت جسم میکنند. این گردابهها میتوانند مکشهای بسیار زیاد در نزدیک نقاط جدا شده مانند، گوشهها و برآمدگیها ایجاد کنند. وقتی جریان بر روی جسم در نقطهای جدا شود، ناحیه پشت جسم شامل اثرات ناشی از تشکیل گردابه میشود. بطور کلی جریان اطراف اجسام جریان بند، اغلب شامل پدیده های پیچیدهای از قبیل جریان های برشی، جدایش جریان، ویک، جریان گردابهای و پخش گردابه[7] است. گردابهها از سطوح جلویی جسم جریانبند شروع به تشکیل شدن کرده و با رشد لایههای برشی، از جسم جدا شده و گردابههای بزرگی را در جریان پاییندست تولید میکنند. قسمت داخلی لایه برشی ایجاد شده روی جسم، با سرعت بسیار کمتری نسبت به لایههای خارجی که تحت تأثیر جریان آزاد قرار دارد، حرکت میکند. بدین علت لایههای برشی به شکل گردابههایی در آمده و در جریان پخش میشوند. به این جدایش جریان که از سطوح بالایی و پایینی جسم رخ میدهند و گردابههایی که به صورت یکی در میان از این سطوح جدا شده و در جریان پخش میشوند، پدیده پخش گردابه گویند. این پدیده ناپایدار با افزایش عدد رینولدز[8] قویتر میشود. در شکل 1-5 پدیده پخش گردابه از اجسام جریانبند با سطح مقطعهای دایرهای و مربعی نشان داده شده است. نخستین مشاهده ثبت شده از پدیده پخش گردابه توسط لئوناردو داوینچی در قرن شانزدهم بوده است، زمانی که یک ردیف دوتایی از گردابه، در اطراف جسم جریانبند را رسم کرد[2]
برای توصیف نحوه تشکیل ناحیه گردابهای پشت جسم جریانبند، جریان در اطراف یک صفحه گوشه تیز دوبعدی همانطوری که در شکل 1-6 مشاهده میشود را در نظر بگیرید[3]. در اعداد رینولدز خیلی کم (مثلاً ، که L بعد صفحه در جهت عمود بر جریان است)، جریان گوشه صفحه را دور زده و در امتداد مقطع صفحه در جلو و عقب خطوط هم تراز به حرکت خود ادامه میدهد (شکل 1-6-الف)
در اعداد رینولدز کمی بالاتر، ، که صرفاً با افزایش سرعت جریان روی همان صفحه قبلی بدست میآید، خطوط جریان در گوشه صفحه از هم جدا شده و دو گردابه بزرگ متقارن پشت صفحه بوجود میآید (شکل 1-6-ب)
اما در اعداد رینولدز بالاتر، ، گردابههای از حالت متقارن خارج شده و بجای آنها گردابههای چرخشی نامتقارن بصورت یکی در میان در بالا و پایین لبهها تشکیل میشود. نهایتاً این گردابههای چرخشی از سطح جسم جدا شده و به سمت پاییندست جریان حرکت کرده و از بین میروند (شکل 1-6-ج)
در جریانهایی با عدد رینولدز بالاتر، مثلاً Re>1000، (شکل1-6-د) نیروهای اینرسی غالب شده و گردابههای بزرگ جای خود را به ناحیه آشفته در عقب جسم میدهند. دو ناحیه خارجی در طرفین ناحیه آشفته در پشت جسم را، لایه برشی مینامند که تعداد زیادی گردابههای کوچک را شامل شده و ناحیه پشت جسم را از جریان اطراف جدا میسازد
حالت دیگری از جریان دوبعدی، جریان پیرامون استوانههایی با سطح مقطع دایرهای است، که در شکل 1-7 نشان داده شده است. وضعیتهای متفاوتی از جریان را میتوان با افزایش سرعت، که هر یک دارای محدودهای از عدد رینولدز میباشد، بوجود آورد.[3]
در مقادیر بسیار کم عدد رینولدز، Re=1، جریان پس از عبور، به محیط استوانه میچسبد، همانگونه که در شکل 1-7-الف نشان داده شده است. برای اعداد رینولدز در حدود Re=20، جریان از جسم جدا شده و گردابههای بزرگ متقارن متصل به جسم در پشت آن تشکیل میشوند که در پاییندست جریان قرار میگیرند. این موضوع در شکل 1-7-ب نشان داده شده است. با افزایش عدد رینولدز این گردابههای متقارن ناپایدار شده و بصورت یک در میان از جسم جدا خواهند شد
برای اعداد رینولدز 30<Re<5000، گردابههای متناوبی در پشت سازه ایجاد میشود و نهایتاً گردابههای دنبالهداری در پاییندست جریان بوجود میآید. این موضوع برای اولین بار توسط بنارد و فون کارمن مورد بررسی قرار گرفت. به اولین ناحیه گذر گردابهای دوبعدی از حالت گردابه پایدار به گردابههای تناوبی، که در محدوده عدد Re50 بوجود میآید، ناپایداری بنارد-فون کارمن[9] گویند
برای اعداد رینولدز بالاتر، مثلاً در محدوده ، لایه مرزی جریان در بالادست تا نقطه جدایی، بصورت آرام است. بعد از منطقه ویک بطور محسوسی باریک شده (که باعث کم شدن نیروی پسا[10] میشود) و اثرات توربولانسی در جریان شدیدتر میشود و پدیده پخش گردابه بطور تصادفی رخ میدهد
به هرحال با افزایش سرعت، در عدد رینولدز پدیده پخش گردابه از حالت تصادفی خارج شده و بصورت منظم رخ میدهد، هر چند که در این حالتها مقداری آَشفتگی یا تلاطم نیز در ناحیه منطقه پشت وجود دارد
از جمله دیگر اجسامی که در هنگام برخورد با جریان، موجب ایجاد اغتشاش در جریان میشوند و به نام اجسام جریانبند معروفند، میتوان به اجسام منشوری شکل منظم نظیر مثلث، مربع، مستطیل و دیگر اعضا منشوری اشاره کرد که پدیده پخش گردابه در آنها نظیر آنچه گفته شد، رخ میدهد
بررسی ناحیه گردابهای پشت جسم برای اولین بار توسط استوروهال[11] انجام گرفت. بر طبق تحقیقات وی میتوان پدیده پخش گردابه را با عدد بدون بعدی به نام استوروهال تعریف نمود
در رابطه فوقf فرکانس یک سیکل کامل پخش گردابه، L مشخصهای از بعد جسم که عمود بر جریان متوسط سیال و U سرعت سیال میباشد
نمونههایی از انواع گردابه را در طبیعت میتوان یافت، از جمله گردابههای بزرگی که گاهی بطور اتفاقی در جریانهای اقیانوسی در پاییندست جزایر رخ میدهد را میتوان با مقیاس کوچکتر در کارهای آزمایشگاهی مشاهده نمود. بعنوان مثال میتوان به عکسهای گرفته شده توسط ماهواره در شکل 1-8 اشاره کرد. این شکل گردابههای جوی را نشان میدهد. این جریان گردابهای از برخورد ابرها با قله کوه Guadalupe در ارتفاع 1200 متری از ساحل مکزیک بوجود آمدهاند. پهنای محدودهای که این عکس گرفته شده 250 کیلومتر میباشد.[2]
با
در مسائل کاربردی، در مواردی لازم است که گردابههای ایجاد شده در پشت اجسام جریان بند را کنترل نموده و نیروی پسا را کاهش داد. بنابراین لازم به نظر میرسد که به نوعی با تشکیل این جریانها مقابله کنیم. برای درهم شکستن این دنباله گردابهها، از جمله میتوان با قراردادن یک صفحه جداکننده[12] در نزدیکی جایی که این جریانها روی بدنه تولید میشوند، از تشکیل این جریانها جلوگیری کرد (شکل 1-9). صفحه با ممانعت از تداخل جریان موجب برقراری آرامش در تمام ناحیه عبور جریان میشود. بطور کیفی اثر حضور صفحه همانند اثر دراز کردن بدنه در راستای جریان میباشد و بطور تقریبی مانند این است که جسم بصورت یک ایرفویل متقارن درآمده باشد. بدنبال این تغییر در ابعاد بدنه، مشاهده میشود که در اجسام کشیده شده در جهت موازی جریان، منطقه ویک باریک شده و در نتیجه به میزان قابل توجهی از تشکیل گردابهها جلوگیری میشود. در همین راستا اجسام منشوری با مقطع مربع و مستطیل در شکل 1-10 با هم مقایسه شدهاند. در اجسام مربعی شکل همانگونه که مشاهده میشود(در اعداد رینولدز بالا) خطوط
جریان پس از برخورد با جسم از هم جدا میشوند و نهایتاً ناحیه گردابهای بزرگی در پشت جسم بوجود میآید
با افزایش عدد رینولدز، محل جدایش جریان اطراف اجسام با سطح مقطع مربع یا مستطیل، از گوشههای فرار به حمله جسم منتقل میشود. در اجسام مستطیل شکل در اعداد رینولدز بالا و در صورت طویل بودن ابعاد جسم در امتداد جریان، ممکن است گردابههای تشکیل شده در لبههای حمله جسم مجدداً به روی دیوارهای جسم بازگشته و بار دیگر در لبههای فرار جسم، جدایش جریان رخ دهد. همانگونه که در شکل 1-10 نیز مشاهده میشود، خطوط جریان به سرعت پس از برخورد با مستطیل از هم جدا شده، ولی دوباره با پیوستن به دیواره، بار دیگر در انتهای مستطیل جدایش خطوط جریان اتفاق میافتد. بنابراین ملاحظه میشود که نه تنها طول ضلع جسم جریانبند در مقابل جریان سیال، بر ناحیه چرخشی تشکیل شده در پشت جسم تأثیر دارد، بلکه طول ضلع موازی با خطوط جریان و همچنین شکل کلی جسم نقش اساسی را در نحوه تشکیل ناحیه گردابهای پشت جسم ایفا میکند. در شکل 1-10-ب اگر جای اضلاع عوض شود، یعنی طول بزرگتر جسم در جهت عمود بر جریان سیال قرار گیرد، آنگاه پخش گردابه با مشخصاتی قویتر رخ میدهد
1-3 کاربرد جریانبندها در مهندسی
[1]. Boundary Layer
[2]. No-Slip Condition
[3]. Separation
[4]. Separation Point
[5]. Bluff Body
2. ناحیه کم فشار بوجود آمده در پشت جسم جریانبند را، ناحیه ویک (wake) مینامند
[7]. Vortex Shedding
1. در اینگونه مسائل، عدد رینولدز بصورت تعریف میشود که در آن d پهنای تصویر شده جسم در مقابل جریان است
[9]. Benard-von karman Instability
[10]. Drag Force
[11]. Strouhal
[12]. Splitter Plate
:: بازدید از این مطلب : 35
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید
