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:
(1-1)
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.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه ۱
۱-۱ جدایش جریان ……………………………………………. ۱
۱-۲ نحوه تشکیل و پخش گردابه ………………………………………… ۷
۱-۳ کاربرد جریان¬بندها در مهندسی ……………………………………….. ۱۸
فصل دوم: مروری بر فعالیت¬های تحقیقاتی گذشته ۲۱
۲-۱ مقدمه ……………………………………………………… ۲۱
۲-۲ هندسه یک سیلندری در جریان آرام …………………………………… ۲۱
۲-۳ هندسه یک سیلندری در جریان مغشوش ………………………………. ۳۱
۲-۴ هندسه چند سیلندری در جریان آرام …………………………….. ۳۹
۲-۵ هندسه چند سیلندری در جریان مغشوش ………………………… ۴۸
فصل سوم: بیان مسأله مورد نظر و معادلات حاکم بر آن ۵۹
۳-۱ طرح مسأله فعلی و جایگاه آن ……………………………. ۵۹
۳-۲ هندسه مسأله ………………………………………. ۶۲
۳-۳ معادلات حاکم در جریان آرام ………………………………. ۶۳
۳-۳-۱ میدان جریان سیال …………………………………………… ۶۳
۳-۳-۲ میدان دما و انتقال حرارت ………………………. ۶۷
۳-۴ معادلات حاکم در جریان مغشوش ………………………………. ۶۹
۳-۴-۱ میدان جریان سیال و دما ………………………………………………. ۶۹
۳-۵ جمع¬بندی معادلات …………………………………………… ۷۲
۳-۶ روش حل مسأله ………………………………………….. ۷۴
۳-۷ شرایط مرزی و نحوه اعمال آنها …………………………………….. ۸۷
۳-۷-۱ مقدمه ………………………………………………………. ۸۷
۳-۷-۲ شرط مرزی ورودی ………………………………………….. ۸۷
۳-۷-۳ شرط مرزی خروجی …………………………………………….. ۸۹
۳-۷-۴ شرط مرزی دیوار …………………………………………. ۹۰
۳-۷-۵ شرط مرزی تقارن ……………………………………….. ۹۲
فصل چهارم: نتایج جریان آرام ۹۴
۴-۱ مقدمه …………………………………………………. ۹۴
۴-۲ مقایسه نتایج بدست آمده برای هندسه یک سیلندری با نتایج موجود …….. ۹۵
۴-۳ مطالعه شبکه ……………………………………………………. ۹۹
۴-۴ مطالعه نسبت انسداد …………………………………………………. ۱۰۵
۴-۵ تحلیل نتایج رژیم جریان آرام ………………………………… ۱۱۸
۴-۵-۱ تحلیل نتایج جریان سیال برای فاصله بین سیلندری ثابت G=5 …………….. ۱۱۸
۴-۵-۲ تحلیل نتایج جریان سیال برای فواصل بین سیلندری مختلف ……………… ۱۳۸
۴-۵-۳ تحلیل نتایج انتقال حرارت و میدان دما ………………………. ۱۴۷
فصل پنجم: نتایج جریان مغشوش ۱۶۱
۵-۱ مقدمه ………………………………………………………. ۱۶۱
۵-۲ تحلیل نتایج بدست آمده برای جریان سیال ……………………………….. ۱۶۲
۵-۳ تحلیل نتایج میدان دما و انتقال حرارت …………………………………. ۱۷۸
جمع¬بندی نتایج و ارائه پیشنهادات ۱۸۳
پیوستها
پیوست الف: متن کامل مقاله ارائه شده در دهمین کنفرانس دینامیک شاره¬ها ۱۳۸۵ ………. ۱۸۶
پیوست ب: متن کامل مقاله پذیرفته شده جهت ارائه در کنفرانسISME2007 …………….. 197
پیوست ج: استخراج معادلات حاکم بر جریان و نحوه بی¬بعد کردن آنها …. ۲۰۳
پیوست د: محاسبه مشتق اول با دقت مرتبه دوم دریک نقطه درشبکه غیر یکنواخت .. ۲۱۲
فهرست منابع ۲۱۵
فهرست جداول
فصل اول: مقدمه ۱
فصل دوم: مروری بر فعالیت¬های تحقیقاتی گذشته ۲۱
جدول ۲-۱ تأثیر فاصله پایین¬دست سیلندر در رینولدز ۱۰۰ و نسبت انسداد ۷% ….. ۲۲
جدول ۲-۲ مقایسه نتایج حاصل از استفاده از شرط مرزی خروجی مختلف ……………..۲۴
جدول ۲-۳ مقایسه نتایج بدست آمده برای سیلندرهایی با نسبت منظرهای متفاوت …۳۴
فصل سوم: بیان مسأله مورد نظر و معادلات حاکم بر آن ۵۹
جدول ۳-۱ مقادیر بی¬بعد ابعاد هندسی……………………………………….. ۶۲
جدول ۳-۲ ترم¬های مختلف معادلات بی بعد شده جاکم بر مسأله ……………………۷۳
فصل چهارم: نتایج جریان آرام ۹۴
جدول ۴-۱ مقایسه نتایج بدست آمده از شبکه¬بندی¬هایی متفاوت در نسبت انسداد۱۰% …….. ۱۰۰
جدول ۴-۲ مقایسه نتایج بدست آمده از شبکه¬بندی¬هایی متفاوت در نسبت انسداد ۵% ……… ۱۰۰
جدول ۴-۳ مقایسه نتایج بدست آمده پارامترهای جریان در نسبت انسدادهای مختلف ……….. ۱۰۶
جدول ۴-۴ مقایسه نتایج بدست آمده عدد نوسلت سیلندرها در نسبت انسدادهای مختلف ۱۰۷
جدول ۴-۵ مقادیر پارامترهای مختلف جریان در اعداد رینولدز متفاوت برای G=5 … 134
جدول ۴-۶ پارامترهای مختلف محاسبه شده جریان در فواصل بین سیلندری مختلف ۱۴۳
جدول ۴-۷ مقادیر محاسبه شده عدد نوسلت سیلندرها در فواصل بین سیلندری مختلف.... ۱۵۳
فصل پنجم: نتایج جریان مغشوش ۱۶۱
جدول ۵-۱ مقادیر عدد نوسلت وجوه مختلف سیلندرها در اعداد رینولدز متفاوت ……. ۱۸۲
255 صفحه فایل Word
+ 6 صفحه فهرست
دانلود پروژه مطالعه و بررسی جریان سیال و انتقال حرارت
