تأثير الاهتزاز المسلط على تحسين الحمل الحراري الحر لأسطوانتين متحدتي وغير متحدتي المركز

الباحث

بيداء خليل خضير

المشرف

عادل محمود صالح - علي لفتة كعيد

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الميكانيكية / الهندسة الميكانيكية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Natural convection;Vibration;Concentric cylinders;Eccentric cavity

ان لمفهوم الاستفادة من فكرة استغلال الاهتزازات للنظام من اجل تعزيز انتقال الحرارة نظرا لان التحسن في انتقال الحرارة له اهمية قصوى في انظمة الطاقة المنتقلة والمخزونة. في العمل الحالي ، أجريت دراسة نظرية وعملية للتحقق من تأثير الاهتزاز الميكانيكي الرأسي القسري على انتقال الحرارة بالحمل الطبيعي من أسطوانة داخلية الساخنة داخل تجويف حلقي بين أسطوانتين أفقيتين طوليتين متمركزتين اي متحدتي المركز وأسطوانتين مختلفة المركزعموديا. تم تصنيع الأسطوانتين من النحاس الصلب بنسبة عرض فجوة إلى قطر الأسطوانة الداخلي ونسبة نصف القطر 0.8 و 2.6 على التوالي. يتم تسخين الجدار الداخلي للحلقة والحفاظ عليه عند تحت فيض حراري ثابت taal ,(05-25,100,500,750,1000,1500117/7112) ، بينما يتم تبريد الجدار الخارجي للحلقة والحفاظ عليه عند درجة حرارة ثابتة أقل من محيط الخارجي؛ يستخدم الهواء كمائع العمل يتم تسخينه بواسطة مسخن كهربائي يمر عبر الأسطوانة الداخلية ويتعرض للاهتزاز الرأسي القسري الميكانيكي بترددات ) (f= 2, 5, 10, 15, 30020 Hz عدد رايلي (Ra) على أساس عرض الفجوة يتغير للمدى (من104 GS x 10° ا 6.48)، اما مديات عدد رايلي الاهتزازي (Rav) تكون (من 13.3 الى 107 x 1). تم الحصول على نتائج القياسات لحلقة متحدة المركز و لانحرافات أربع عمودية بين مركزي الاسطوانتين (E= (0, +0.333+4, and0.667 ) تنقسم هذه الدراسة إلى جزأين ، الجزء الأول ٠ يغطي آثار الانحراف اي التغير بين مركزي الاسطوانتين عموديا وتاثير تغير الفيض الحراري للمسخن الكهربائي بغياب الاهتزاز المسلط Lake نتائج الجزء الثاني تغطي تأثير الاهتزاز الرأسي الميكانيكي للأسطوانة الداخلية المسخنة ، بالإضافة إلى تأثيرات الانحراف بين مركزي الاسطوانتين وتغير الفيض الحراري المسلط, تم استخدام نظام مطابقة احداثيات الجسم (BLF.C) اذ تمكن هذه الطريقة من حل معادلات الجريان حول الاجسام المعقدة من دون الحاجة الى استخدام التقريب او الاستكمال على الحدود الخارجية للجسم. للمائع المستقر والجريان الطباقيء ثنائي الابعاد تم استخدام طريقة Alla (الدوامية الانسياب) في نظام مطابقة احداثيات الجسم (8.7.0 ). يتم حل المعادلات التفاضلية الجزئية الحاكمة (الدوامية دالة الانسياب)بطريقة الفروق المحددة plaaich (finite difference scheme) الاختلاف المركزي ٠، ويتم حلها بطريقة الأرخاء LSOR لمعادلة الانسياب، اما معادلة الدوامية والطاقة فقد تم حلهما باستخدام الطريقة الضمنية ،(Implicit ADI) تم إنشاء برنامج كمبيوتر في 90 Fortran لمواصلة الحل العددي. الزيادة والتحسين في معدل نقل الحرارة بالتأثير على الاهتزاز الرأسي الميكانيكي حيث يكون الكسب عند التردد 20112 ولعدد رايلي104 ا 5 = Ra يكتسب زيادة مقدارها /34.39 عند الموقع 0.667--ع،2 وزيادة مقدارها 29.97% لموقع المركز0-،ع , وكذلك زيادة مقدارهام22.59 للموقع 0.667--© , نتيجة لتاثير الاهتزاز. اما بالنسبة لعدد رايلي 13-6.48<106 ، وعند نفس التردد 20812 ، يكون الكسب بمعدل انتقال الحرارة 86.796عند الموقع 0.667--©، ويكتسب زيادة مقدارها 76.6% للموقع 0حع.ء اما مقدار الزيادة للموقع 0.667+-، يساوي 62.4% ely على ظروف الدراسة الحالية ، فإن متوسط عدد نسلت للاهتزاز يعتمد على رقم رايلي ورقم رايلي الاهتزازي وموقع الأسطوانة الداخلية بالنسبة لمركز الاسطزانة الخارجية. بالنسبة لجميع مديات الانحراف (موقع الاسطوانة الداخلية بالنسبة لمركز الاسطوانة الخارجية) التي تظهر زيادة في متوسط عدد نسلت الاهتزازي Nuv مع زيادة عدد رايلي Ra ، وزيادة عدد bly الاهتزازي Rav ، وعندما تتحرك الاسطوانة المهتزة راسيا من الاعلى الى الاسفل بالنسبة لمركز الحلقة طوانة الدخلي خلالحيث يتحرك الانحراف الرأسي للأسطوانة الداخلية الساخنة من الوضع الرأسي الموجب إلى الوضع السالب. متوسط Wy Gh ase يتناسب طرديا مع رقم زيادة عدد رايلي الاهتزازي Rav لجميع مديات رقم رايلي Ra عند كل انحراف تم إجراؤه في هذه الدراسة. أظهرت التجارب الحالية أيضًا أن الصفات العامة لتوزيع درجة الحرارة القطرية و اللابعدية والتي لها نفس السلوك ، ونتيجة لذلك فإن اختلاف رقم نسلت المحلي NU له نفس السلوك لكل مواقع الاسطوانة الداخلية ، ,والفيض الحراري ، ولكل الترددات المستخدمة في البحث. أخيرًا ، Gu jal مقارنة بين النتائج العملية و النتائج النظرية لتغير رقم نسلت المعدل وتم الحصول على تقارب معقول بين النتائج التجريبية والنظرية ، وايضا الدراسة الحالية مع الأعمال السابقة المتاحة مقارنة بمتوسط عدد نسلت لكلا الحالتين عند (غياب ووجود) الاهتزاز. يكشف أن المتوسط العددي لعدد نسلت Nuv يتبع نفس سلوك ad رقم نسلت المتوسط العملية لكن أعلى تقريباً.

The notion of exploiting a system`s innate vibrations to promoted heat transfer should be fully investigated since improving heat transfer is of paramount importance in energy transfer and storage system. In present work, theoretical and experimental study has been conducted to investigate the influence of forced vertical mechanical vibration on natural convection heat transfer from heated inner cylinder within an annular bounded between two horizontal concentric and vertically eccentric long cylinders. The two cylinders were manufacturing from solid copper with ratio of gap width to inner cylinder diameter and radius ratios are 0.8, and 2.6, respectively. The annulus inner wall is heated and maintained at constant heat flux ranging as(q``=25,100,500,750,1000,1500Wmଶ ⁄ ), while the outer wall is cooled and maintained at constant temperature (To) lower than the cooling ambient; air utilizing as working fluid impulsively heated by electric heater passing through inner cylinder and exposed to mechanical forced vertical vibration with frequencies(f=2,5,10,15,and 20 Hz). The Rayleigh number (Ra)based on the gap width varied(from 5 × 10ସ to 6.48 × 10଺), the vibrational Rayleigh number (Rav) was ranging(from 13.3 to 1 × 10଻). The result measurements were obtained for concentric and four vertical eccentricities(∈= (0, ±0.333±, and0.667 ).This study is divided into two parts, the first part, it covers the effects of eccentricity and the heat flux variations at absence of vibration. The results for second part cover the effect of mechanical vertical vibration of the heated inner cylinder, besides the effects of eccentricity and heat flux. The body fitted coordinate system (B.F.C) have been used because of the complexity of the physical shape of this study and to solve the flow equations around the complex bodies without the need to use approximating or interpolating at the outside limits of the body. Vorticity- stream function method in computational plane for steady, laminar, and two dimensional of the vorticity transfer and the of stream function. The governing partial differential equations are approximated by a finite difference scheme by using central difference, and solved by successive line relaxation method, a computer program in Fortran 90 was built to carry on the numerical solution. The augmentation and the improvement in the heat transfer rate by the affecting the mechanical vertical vibration where the gain at f=20Hz, Ra= 5 × 10ସ are 34.3% at ∈= −0.667 , 29.97% 0 , and 22.5% at ∈= +0.667, where at Ra= 6.48 × 10଺ , the gain at f=20Hz are 86.7% at ∈= −0.667 , 76.6% ∈= 0 , and 62.4% at ∈= +0.667. Based on the present study, the vibration average Nusselt number depends on the Rayleigh number, vibrational Rayleigh number, and the eccentricity of the inner cylinder. For all ranges of eccentricities which show an increase in vibrational average Nusselt number as Rayleigh number, vibrational Rayleigh number increase, ans as the vertical eccentric of the heated inner cylinder moves from the positive to negative vertical position. The average Nusselt number is proportional with the vibration Rayleigh number for all rages of the Rayleigh number at each eccentricity is performed in this study. The present wok also showed that the general profiles of the dimensionless radial temperature which have the same behavior, as a result the variation of local Nusselt number has the same trend for each eccentricity, heat flux, and frequency. Finally, a reasonable agreement between the experimental and theoretical results , and present study with the available previous work are shown as compared the average Nusselt number for the both cases at (absence and presence) of vibration. It reveals that the numerical average Nueelt number follows the same trend as the experimental results but is relatively higher.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب