شبیه سازی عددی جریان آرام حول استوانه ها در آرایش مربعی هم خط

در این پایان نامه جریان سیال حول مجموعه ای از استوانه ها در آرایش مربعی هم خط با استفاده از روش برهم نهی شبکه ها به صورت عددی حل می شود. همچنین انتقال حرارت بین استوانه ها و سیال نیز مورد بررسی قرار می گیرد. هدف بررسی تاثیر پارامترهای مشخص (ضریب فاصله, ضریب منظری, عدد رینولدز و عدد پرانتل) بر روی الگوی جریان و نرخ انتقال حرارت است. همچنین ضریب فاصله بحرانی که تغییر رژیم جریان در آن اتفاق می افتد, تعیین می شود. فاصله ی مراکز استوانه ها از یکدیگر با پارامتر بی بعد نسبت فاصله l/d, مشخص شده که l فاصله ی استوانه ها از یکدیگر و d قطر استوانه است. جریان مورد بررسی آرام و سیال تراکم ناپذیر است. اعداد رینولدز جریان 100 و200 و اعداد پرانتل 7/0 و 7 در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد ساختار جریان به شدت تحت تاثیر فاصله استوانه ها از یکدیگر است. نسبت فاصله 5/3l/d= به عنوان فاصله بحرانی در نظر گرفته می شود. مقایسه کانتور های دما ثابت و کانتور های سرعت نشان می دهد که خطوط دما ثابت تا حد زیادی از الگوی جریان پیروی می کنند. همچنین مقایسه اعداد ناسلت در نسبت فاصله های مختلف استوانه ها نشان می دهد که افزایش نسبت فاصله موجب افزایش نرخ انتقال حرارت از استوانه ها خواهد شد که شدت این افزایش برای استوانه های پایین دست بسیار بیشتر است. برای حل سه بعدی مسئله, تاثیر ارتفاع استوانه ها (پارامتر ضریب منظری h/d) نیز بر روی الگوی جریان و نرخ انتقال حرارت بررسی شده است. روند کلی تغییرات ضرایب نیرو و اعداد ناسلت و استروهال بر اساس پارامترهای مورد بررسی در دو حالت دو بعدی و سه بعدی تا حدود زیادی مشابه است اما از نظر کمی اختلافات قابل ملاحظه ای بین نتایج حل دو بعدی و سه بعدی وجود دارد. به منظور بررسی آثار سه بعدی شدن جریان, نتایج حل سه بعدی مسئله با نتایج حل دو بعدی آن مورد مقایسه قرار گرفت. مشاهده می شود که حل جریان حول استوانه های سه بعدی در بعضی حالات تا حدود 20? تغییر در ضرایب درگ ایجاد کرده است. مقایسه اعداد استروهال نیز نشان می دهد سه بعدی شدن جریان می تواند نتایج حل دوبعدی را تا حدود 5? تغییر دهد. برای اعداد ناسلت تغییرات مخصوصا در عدد پرانتل 7/0 ناچیز است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که برای رینولدز 200 و بالاتر از آن, حل دو بعدی جریان حول استوانه های دایروی نمی تواند حل دقیقی باشد و به دلیل شدت گرفتن آثار سه بعدی جریان نیاز به مدلسازی سه بعدی مسئله می باشد. همچنین برای حل میدان دما و تخمین نرخ انتقال حرارت در اعداد پرانتل پایین, بکارگیری حل دو بعدی مسئله می تواند قابل توجیه باشد اما برای پرانتل های بزرگ به دلیل خطا در محاسبه نرخ انتقال حرارت, بکارگیری حل دو بعدی مناسب نیست.