مطالعه عددی تاثیر شکل مقطع و محل یک استوانه بر میدان جریان و انتقال حرارت در یک مجرای دوبعدی از یک مبدل حرارتی

مطالعه اثر استوانه در معرض جریان سیال و انتقال حرارت مبنای بهبود طراحی و ساخت تجهیزاتی است که از استوانه به عنوان جزئی برای ایجاد انتقال حرارت با مکانیزم جابجایی استفاده می کنند. کاربرد فراوان مبدل های حرارتی در صنعت لزوم مطالعه گسترده در این زمینه را نمایان می سازد. استوانه هایی با سطح مقطع دایروی، بیضوی، مربعی، مستطیلی، مثلثی و دوکی شکل در اعداد رینولدز پایین مطالعه شده اند. انتخاب ابعاد لوله های استوانه ای به نحوی است که سطح مؤثر انتقال حرارت برای همه لوله های استوانه ای برابر باشد که این امر باعث ایجاد نسبت انسداد مختلفی برای استوانه ها شده است. برای مقایسه عملکرد هیدرودینامیکی و حرارتی استوانه ها ضریب درگ و عدد ناسلت متوسط سطحی در رینولدزهای مختلف مقایسه شده اند. علاوه بر شکل سطح مقطع، محل قرارگیری استوانه در مجرا و خارج از مرکز بودن آن بررسی شده است. مشاهده شده است که با افزایش عدد رینولدز ناحیه گردابی پشت استوانه بزرگتر می شود و نفوذ بیشتری به جریان پایین دست رخ می دهد. ضریب درگ برای همه استوانه ها با افزایش رینولدز کاهش می یابد. الگوی کلی توزیع دما اطراف استوانه های با سطح صاف و استوانه های گوشه دار با هم متفاوت است. اما با افزایش عدد رینولدز خطوط هم دما اطراف استوانه ها فشرده تر میشود و انتقال حرارت افزایش می یابد. همچنین مشاهده شده است که استوانه های با نسبت انسداد بیشتر نسبت به استوانه های دیگر ناسلت متوسط بالاتری دارند. با افزایش رینولدز ورودی مقادیر ناسلت موضعی روی سطح همه استوانه ها افزایش می یابد و برای در هر سه وضعیت قرارگیری، عملکرد حرارتی-هیدرودینامیکی به شدت افزایش می یابد. استوانه هایی با سطح مقطع دوکی، مستطیلی و بیضوی بهترین عملکرد حرارتی - هیدرودینامیکی را دارند.