شبیه سازی عددی تغییر شکل قطره تحت جریان برشی با استفاده از مدل انرژی آزاد روش شبکه بولتزمن

نوع فایل:PDF

تعداد صفحات :17

سال انتشار : 1395

چکیده

مطالعه دینامیک جریانهای چندفازی چندجزئی به علت اهمیت اقتصادی و کاربردهای وسیع آنها، در مهندسی مثل صنایع نفت و پتروشیمی، شبیه سازی اسپریها و دینامیک قطرات و حبابها و غیره، یکی از مسائل پر اهمیت در مکانیک سیالات است. روش شبکه بولتزمن در سالهای اخیر به طرز موفقیت آمیزی به منظور شبیهسازی گستره وسیعی از مسائل جریان چندفازی و محیط متخلخل به کار گرفته شده است. برای چنین شبیهسازیهایی، مدلهای چندفازی متعدی بر پایه روش شبکه بولتزمن ارائه شده است، که تمام آنها به سه دسته مدلهای گرادیان رنگ، انرژی آزاد و شان چن تقسیم میشوند. در -کار حاضر از مدل انرژی آزاد ژنگ و همکاران استفاده شده است. لذا پس از صحت سنجی برنامه عددی نشان داده شده است که این مدل که بر خلاف دیگر مدلهای انرژی آزاد مرسوم، مدل انرژی آزاد استفاده شده قادر به حذف اثرات غیرفیزیکی نامتغیر گالیله است. بهعلاوه تغییر شکل و تجزیه قطرات بر اثر جریان برشی ساده به کمک مدل انرژی آزاد شبیهسازی شده است که نتایج نشان میدهد مدل انرژی آزاد قادر است در گستره وسیعی از اعداد رینولدز و کپیلاری این مسئله را به خوبی شبیهسازی کند

واژگان کلیدی

روش شبکه بولتزمن، مدل انرژی آزاد، تغییر شکل قطره، جریان برشی

برای خرید و دانلود اینجا کلیک کنید

شبیه سازی شبیه سازی عددی تغییر شکل قطره جریان برشی مدل انرژی آزاد روش شبکه بولتزمن مرجع دانش پارس مقاله علمی پژوهشی دانلود مقاله فارسی

زینب جمعه 22 اردیبهشت 1396 ساعت 08:40

0 نظر

شبیه سازی عددی سلول خورشیدی مبتنی بر نانو نوار گرافن با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی(NEGF)

فهرست مطالب

عنوان صفحه

1-2-تاریخچهی سلولهای خورشیدی1

1-3-انواع سلولهای خورشیدی2

1-3-1-نسل اوّل سلول های خورشیدی (سلول های کریستالی سیلیکون)2

1-3-1-1-فرآیند رشد کریستال های نیمه هادی ها2

1-3-1-2-سلول های خورشیدی کریستالی سیلیکونی4

1-3-2-نسل دوم سلول های خورشیدی (سلول های لایه نازک)4

1-3-2-1-سلول های خورشیدی لایه نازک سیلیکون5

1-3-2-2-سلول های خورشیدی لایه نازک کلکوپریت5

1-3-2-3-سلول های خورشیدی لایه نازک کادمیم تلوراید6

1-3-2-4-سلول های خورشیدی لایه نازک ارگانیک7

1-3-3-نسل سوم سلول های خورشیدی8

1-3-3-1-سلول های خورشیدی با پیوند چندگانه9

1-3-3-2-سلول های خورشیدی با طیف های ورودی چندگانه12

1-3-3-2-1-سلول ترموفوتوولتی12

1-3-3-2-2-سلول ترموفوتونی............................ ............................ 12

1-3-3-3-سلول های خورشیدی با مسیرهای جذب چندگانه13

1-3-3-4-سلول های خورشیدی با سطوح انرژی چندگانه14

1-3-3-5-سلول های خورشیدی با دماهای چندگانه14

1-3-4-سلول های خورشیدی نانوساختار15

1-3-5-استفاده از نانوسیم ها در سلول های خورشیدی15

1-3-5-1-معرفی نانوسیم................................ ................................ 15

1-3-5-2-ویژگی های الکتریکی و نوری نانوسیم16

1-3-5-3-سلول های خورشیدی مبتنی بر نانوسیم17

1-3-6-استفاده از نانولوله در سلول های خورشیدی20

1-3-6-1-معرفی نانولوله............................... ............................... 20

1-3-6-2-ویژگی های الکتریکی و نوری نانولوله ها21

1-3-6-3-سلول های خورشیدی مبتنی بر نانولوله22

1-4-استفاده از گرافن در سلول های خورشیدی25

1-5-ساختار پایاننامه25

فصل 2-گرافن: ویژگی ها، کاربردها و روش های ساخت26

2-1-مقدمه26

2-2-ویژگی های گرافن26

2-2-1-ساختار اتمی گرافن26

2-2-2-ویژگی های الکتریکی والکترونیکی گرافن27

2-2-2-1-کریستال دو بعدی27

2-2-2-2-ساختار نواری مخروطی27

2-2-2-3-روش های ویژه جهت ایجاد گاف انرژی29

2-2-2-4-وابستگی جرم سیکلوترون به جذر چگالی حامل29

2-2-2-5-حامل های بار بدون جرم (فرمیونهای دیراک)30

2-2-2-6-حداقل رسانایی غیر صفر31

2-2-2-7-ترابرد بالیستیک.............................. .............................. 31

2-2-2-8-اثر هال کوانتومی غیر معمول و پدیده ی فاز بری33

2-2-2-9-اثر میدان آمبایپلار ( آلایش الکتروستاتیک )33

2-2-3-ویژگی های نوری گرافن34

2-3-روش های ساخت گرافن35

2-4- نانو نوارهای گرافن36

فصل 3-روش تابع گرین غیرتعادلی و کاربرد آن در شبیه سازی ادوات نیمه هادی39

3-1-مقدمه39

3-2-مفهوم ریاضی تابع گرین39

3-3-روش تابع گرین غیرتعادلی(NEGF)41

3-3-1-مفاهیم مقدماتی41

3-3-2-استفاده از NEGF برای شبیه سازی ترابرد بالیستیک(بدون تلفات)44

3-3-3-استفاده از روش NEGF در شبیه سازی ترابرد غیر بالیستیک(تلفاتی)46

3-3-3-1-درهمکنش الکترون- الکترون46

3-3-3-2-درهمکنش های الکترون- فونون و الکترون-فوتون47

3-3-4-پایه های نمایش در روش NEGF (فضای واقعی و فضای مود)49

فصل 4-روش شبیه سازی50

4-1-مقدمه......................................... ......................................... 50

4-2-فلوچارت کامل شبیه سازی50

4-3-تشکیل همیلتونین52

4-3-1-همیلتونین در فضای حقیقی53

4-3-2-تبدیل همیلتونین به نمایش در فضای مود54

4-4-خود-انرژی ناشی از اتصالات57

4-5-خود-انرژی ناشی از درهمکنش الکترون- فوتون58

4-6-چالش های محاسباتی در شبیه سازی عددی59

4-7-راه حل های ممکن جهت عبور از چالش های محاسباتی60

فصل 5-نتایج شبیه سازی61

5-1-مقدمه61

5-2-نتایج شبیه سازی61

فصل 6-پیشنهادات64

6-1 بررسی و مطالعه ی دقیق بر روی راه حل های شبیه سازی عددی سلول های خورشیدی نانوساختار با استفاده از روش NEGF و بهره بردن از تکنیک های تسریع محاسبات از جمله برنامه نویسی موازی به منظور دست یابی به نتایج قابل قبول علمی64

6-2 شبیه سازی سلول خورشیدی مبتنی بر گرافن با استفاده از ساختار ابر-شبکه (به روشه ای مختلف)64

6-3 طراحی مدل جدیدی از IB-QD-SC با استفاده از ساختار ابر شبکه ی گرافن64

6-4 شبیه سازی سلول های خورشیدی و آشکارسازهای نوری پلاسمونیک با استفاده از گرافن و طلا (با کمک Comsol)64

6-5 طراحی سلول خورشیدی با جذب نور بسیار بالا به وسیله ی گرافن چند لایه به همراه لایه های میانی شفاف (مثلا H-BN)64

فهرست مراجع65

فهرست جدول‌ها

عنوان صفحه

جدول ‏1‑1- بازده سلول های خورشیدی با 1 تا 4 پیوند به ازای E_gهای مختلف11

جدول ‏1‑2- کاربرد نانولوله های کربن در سلول های خورشیدی22

جدول ‏2‑1- موبیلیتی در نمونه های مختلف گرافن31

فهرست شکل‌‌ها

عنوان صفحه

شکل ‏1‑1- نمونه ای از یک سلول خورشیدی لایه نازک4

شکل ‏1‑2- سلول خورشیدی لایه نازک سیلیکون با چند پیوند5

شکل ‏1‑3- ساختار متداول یک سلول خورشیدی CuInSe₂6

شکل ‏1‑4- ساختار مرسوم سلول خورشیدی لایه نازک CdTe7

شکل ‏1‑5- تقسیم طیف خورشید به سه ناحیه ی مختلف برای جذب توسط سلول خورشیدی با سه پیوند پشته ای10

شکل ‏1‑6- نمودار بازده بر حسب گاف انرژی برای الف.سلول تک پیوند ب. سلول دو- پیوند و ج. سلول سه- پیوند سری در حالت ایده آل11

شکل ‏1‑7- نمایش مفهومی سلول ترموفوتوولتی(TPV)12

شکل ‏1‑8- نمایش مفهومی سلول ترموفوتونی(TPX)13

شکل ‏1‑9- فرآیندهای جذب جدید13

شکل ‏1‑10- نمایش مفهومی سلول های خورشیدی MEL، الف.باند میانی ب. چاه کوانتومی14

شکل ‏1‑11- نمایش مفهومی یک سلول خورشیدی با حامل داغ15

شکل ‏1‑12- نانوسیم های با پیوند شعاعی و محوری(به ترتیب)18

شکل ‏1‑13- انواع کاربرد نانوستون ها در سلول های خورشیدی19

شکل ‏1‑14- مقادیر I_SC_،V_OC و بازده( به ترتیب از چپ به راست) سلول خورشیدی مبتنی بر نانوسیم بر حسب غلظت آلایش20

شکل ‏1‑15- ساختار نواری نانولوله کربن؛ الف) نیمه هادی(0و10)و ب) فلز(5و5)21

شکل ‏2‑1- ساختار نواری گرافن در نزدیکی نقاط دیراک 28

شکل ‏2‑2- وابستگی جرم سیکلوترون به چگالی حامل در گرافن[53].مقادیر مثبت و منفی n به ترتیب به چگالی الکترون و حفره اشاره دارند.30

شکل ‏2‑3- مسیر آزاد میانگین(الف) و موبیلیتی حاملها(ب) در یک نمونه گرافن معلق، قبل(آبی) و بعد(قرمز) از بازپخت؛ و مقایسه ی آن با حالت بالیستیک(خط چین)[56]32

شکل ‏2‑4- اثر میدان آمبایپلار در گرافن33

شکل ‏2‑5- استفاده از اثر میدان آمبایپلار در یک آشکار ساز pin34

شکل ‏2‑6- نانونوارهای آرمچر(الف) و زیگزاگ(ب) 37

شکل ‏2‑7- وابستگی عرض نانونوارهای آرمچر به عرض 37

شکل ‏4‑1- فلوچارت کلی شبیه سازی51

شکل ‏4‑2- فلوچارت روش NEGF (با جزییات)52

شکل ‏4‑3- سلول یکه و پارامترهای مورد نیاز A-GNR نمونه برای استفاده در مدل تنگ-بست53

شکل ‏4‑4- ارتباط میان نمایش در فضای حقیقی و فضای مود[73]55

شکل ‏4‑5- نمایش اثر اتصالات بر کانال در نمایش های فضای حقیقی و مود[73]58

شکل ‏5‑1- پروفایل پتانسیل در حالت تاریکی62

شکل ‏5‑2- منحنی جریان - ولتاژ در دو حالت : بدون تابش(آبی) و با وجود تابش نور (قرمز)62

شکل ‏5‑3- منحنی توان سلول خورشیدی و تطابق آن با منحنی جریان-ولتاژ62

شکل ‏5‑4- مشخصه های مهم سلول خورشیدی شبیه سازی شده63

فصل 1- مقدمه

1-1- پیشگفتار

انرژی خورشیدی منحصربه‌فردترین منبع انرژی تجدید پذیر در جهان است و منبع اصلی تمامی انرژی‌های موجود در زمین می‌باشد. این انرژی به صورت مستقیم و غیرمستقیم میتواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گردد[[i]].

به طور کلی انرژی متصاعد شده از خورشید در حدود 3.8e23 کیلووات در ثانیه می‌باشد. ایران با داشتن حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال جزو بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی می‌باشد. با توجه به موقعیت جغرافیایی ایرانو پراکندگی روستاهای کشور، استفاده از انرژی خورشیدی یکی از مهمترین عواملی است که باید مورد توجه قرار گیرد. استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه های برق رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدلهای انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینه، حمل‌نقل، نگهداری و عوامل مشابه می‌باشد[1].

با توجه به استانداردهای بین‌المللیاگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از ۳.۵کیلووات ساعت در مترمربع باشد استفاده از مدلهای انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستم‌های فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است. این در حالی است که در بسیاری قسمتهای ایران، انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بین‌المللی می‌باشد و در برخی از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸کیلووات ساعتبر مترمربع اندازهگیری شده است ولی بطور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود ۴.۵کیلو واتساعت بر مترمربع است[1].

برای خرید و دانلود اینجا کلیک کنید

سلول خورشیدی نانو نوار گرافن شبیه سازی عددی

زینب جمعه 22 اردیبهشت 1396 ساعت 03:53

0 نظر

بررسی عددی تأثیر ابعاد هندسی نازلهای تزریق جهت افزایش عملکرد سرمایشی دستگاه ورتکس تیوب word

کلمات کلیدی

ورتکس تیوب، نازل، جدایش دمایی، شبیه سازی عددی، محفظه چرخش ، جریان های برگشتی.

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه

1-1 رانکیو-هیلش ورتکس تیوب 1

1-2 تحقیقات رانکیو 2

1-3 تحقیقات هیلش 3

1-4 ورتکس تیوب مخروطی یا واگرا 4

1-5 ساختار کلی دستگاه 5

1-6 مزایا و معایب ورتکس تیوب 6

1-6-1 مزیتهای عمده ورتکس تیوب 6

1-6-2 برخی معایب ورتکس تیوب 7

1-7 ورتکس تیوبهای تجاری 7

1-8 کاربردهای ورتکس تیوب 7

1-8-1 خنک کاری موضعی 7

1-8-2 گرمایش موضعی 8

1-8-3 خنک کننده هوای شخصی 9

1-8-4 کاربرد به عنوان یک سیستم جدا کننده رسوب9

1-8-5 کاربرد به عنوان یک سیستم پالاینده در صنایع نفت و گاز 9

1-8-6 کاربرد در جوشکاری اولتراسونیک 10

1-9 کارهای آزمایشگاهی 10

1-10 ساختار کلی پایان نامه 11

فصل دوم: مروری بر کارهای گذشته

2-1 تحقیقات آزمایشگاهی بر روی ورتکس تیوب 13

2-1-1 پارامترهای ترموفیزیکی 13

2-1-2 پارامترهای هندسی 14

2-2 تحقیقات تئوری بر روی ورتکس تیوب 15

2-2-1 مدل تراکم و انبساط آدیاباتیک 15

2-2-2 اثر اصطکاک و توربولانس 15

2-2-3 مدل جریان آکوستیک 16

2-2-4 مدل چرخش ثانویه 17

2-3 تحقیقات عددی بر روی ورتکس تیوب 19

2-3-1 محل نقاط سکونی طولی و شعاعی داخل ورتکس تیوب 19

2-4 بررسی نازلهای تزریق دستگاه 20

2-4-1 تحقیقات آزمایشگاهی بر روی نازلهای تزریق دستگاه ورتکس تیوب21

2-5-2 مطالعات عددی بر روی نازلهای تزریق دستگاه ورتکس تیوب 22

فصل سوم: تجزیه و تحلیل نظری ورتکس تیوب

3-1 بررسی ترمودینامیکی ورتکس تیوب 24

3-1-1 قانون اول ترمودینامیک 26

3-1-2 قانون دوم ترمودینامیک 26

3-2 مدل چرخش ثانویه آلبرن 29

3-2-1 مدل چرخش ثانویه آلبرن (مدل مبدل حرارتی)29

3-2-2 مدل اصلی چرخش ثانویه آلبرن 31

3-2-3 تفسیر مدل آلبرن 32

3-2-4 مدل آلبرن اصلاح شده 33

فصل چهارم: مدل عددی بررسی شده

4-1 شبیه سازی عددی ورتکس تیوب 38

4-1-1 معادلات حاکم 38

4-1-2 مدلسازی توربولانس 39

4-2 توصیف هندسی ورتکس تیوب مدل شده 41

4-3 شرایط مرزی 42

4-3-1 ورودی (Inlet) 42

4-3-2 خروجی سرد (Cold Exit End) 43

4-3-3 خروجی گرم (Hot Exit End) 43

4-3-4 دیواره ورتکس تیوب (Wall) 43

4-4 اهداف و دورنمای بررسی و تحقیق عددی 43

4-5 بررسی استقلال نتایج عددی از مش بندی 44

4-6 بررسی مدل توربولانس 45

4-7 مقایسه نتایج عددی با تجربی و اعتباردهی به نتایج عددی 46

4-8 بررسی قانون دوم ترمودینامیک برای ورتکس تیوب47

فصل پنجم:بررسی تأثیر ابعاد نازلهای تزریق بر عملکرد دستگاه ورتکس تیوب

5-1	بررسی تأثیر ارتفاع نازل بر دمای خروجی سرد و گرم دستگاه	49
5-2	مفهوم جریان برگشتی در ورتکس تیوب	53
5-3	بررسی عدد ماخ داخل محفظه چرخش در حالات مختلف ارتفاع نازل	54
5-4	بررسی تناظر بین فشار در محفظه چرخش و دمای خروجی سرد دستگاه	55
5-5	بررسی تأثیر سطح مقطع مستطیلی ورودی نازل بر روی جدایش دمایی سرد دستگاه	58
5-6	توزیع دما و خطوط مسیر	60
5-7	بررسی مولفه چرخشی سرعت و ماکزیمم مقدار آن	61
5-8	نرخ توان سرمایشی و گرمایشی	62
5-9	تحلیل عدد ماخ و فشار کل در مدل حالت بهینه و اسکای و همکاران[66]	63

فصل ششم: نتایج و پیشنهادات

6-1 خلاصه نتایج 66

6-2 پیشنهاد برای کارهای آتی 68

فهرست منابع و مأخذ 69

فهرست جداول

جدول 2-1: طول و قطر ورتکس تیوبهای استفاده شده در برخی از مقالات 18

جدول 4-1: مشخصات هندسی ورتکس تیوب مدل شده.. 42

جدول 5-1 دمای خروجی سرد برای ارتفاع های مختلف نازلها 50

جدول 5-2 : مقادیر بیشینه فشار در محفظه چرخش و دمای خروجی سرد دستگاه.. 57

جدول 5-3: جدایش دمای خروجی سرد برای نسبت های مختلفη = B/W برای H = 6 m.....59

فهرست اشکال

شکل 1-1: نحوه عملکرد و اجزای یک ورتکس تیوب.. 1

شکل 1-2: سطح مقطع ورتکس تیوب طراحی شده توسط رانکیو.. 2

شکل 1-3: ورتکس تیوب مربوط به شرکت Exair. 2

شکل 1-4: شماتیک ورتکس تیوب با جریان مخالف.. 4

شکل 1-5: شماتیک ورتکس تیوب با جریان موازی.. 4

شکل 1-6: شماتیک ورتکس تیوب مخروطی.. 5

شکل 1-7: اجزا تشکیل دهنده ورتکس تیوب به همراه پلان مونتاژ 6

شکل 1-8: یک نمونه از ورتکس تیوب ساخت شرکت ITW Vortec (تفنگ هوای سرد).. 7

شکل 1-9: کابینت کنترلی ساخته شرکت Exair. 8

شکل 1-10: جزئیات خنک کاری یک کابینت کنترلی توسط ورتکس تیوب ساختهی شرکت Exair. 8

شکل 1-11: کاربرد ورتکس تیوب در جلیقهی هوا .. 9

شکل 1-12: استفاده از ورتکس تیوب بعنوان استخراج و جدا کننده رسوب از یک جریان .. 9

شکل 1-13: استفاده از ورتکس تیوب به عنوان پالاینده و جدا کننده هیدروکربنهای سنگین.. 10

شکل 1-14: استفاده از ورتکس تیوب برای خنک کاری محل جوشکاری اولتراسونیک.. 10

شکل 1-15: نمونه آزمایشگاهی از ورتکس تیوب ساخته شده توسط پورمحمود.. 11

شکل 2-1: جریان ثانویه در ورتکس تیوب.. 17

شکل 2-2: مولفههای سرعت چرخشی و محوری در z=0/007L و z=0/5L برای کسر دبیهای مختلف.. 20

شکل 2-3: توزیع مولفههای سرعت محوری برای نسبتهای دبی جرمی مختلف در خروجی سرد.. 20

شکل 3-1: حجم کنترل در نظر گرفته شده برای آنالیز ترمودینامیکی 25

شکل3-2: نتایج حاصل از آنالیز ترمودینامیکی برای دمای سرد و گرم خروجی به صورت تابعی از کسر جرمی سرد و ضریب فرآیند بازگشت ناپذیری در K300 و bar 6 و bar 1. شماره روی منحنی ها مقدار ضریب می باشد.28

شکل 3-3: مدل چرخش ثانویه (الف) جریان چرخشی درونی و محیطی در ورتکس تیوب (ب) حلقه چرخش ثانویه و محیطی در ورتکس تیوب (شماره های 0 تا 5 موقعیت هایی است که فرایند به صورت فرضی آغاز و اتمام مییابد.).. 30

شکل 3-4: توزیع سرعت رانکین در محفظه چرخش.. 33

شکل 3-5: رابطه بین نسبت فشار بی بعد و عدد ماخ ....... 36

شکل 4-1: الگوریتم حل تفکیکی بکار گرفته شده در حل معادلات 39

شکل 4-2: پروفیل شبکه ایجاد شده در مدل سه بعدی پریودیک با نمایش میدان محاسباتی مساله.. 41

شکل 4-3: مطالعه استقلال از مش بندی بر مبنای حداکثر جدایش دمایی سرد.. 45

شکل 4-4: مطالعه استقلال از مش بندی بر مبنای حداکثر سرعت چرخشی در محفظه چرخش.. 45

شکل 4-5: دمای گاز در خروجی سرد به ازای مدل های مختلف توربولانس 46

شکل 4-6: دمای گاز در خروجی گرم به ازای مدل های مختلف توربولانس 46

شکل 4-7: جدایش دمایی به دست آمده در خروجی سرد.. 46

شکل 4-8: جدایش دمایی به دست آمده در خروجی گرم.. 46

شکل 4-9: اختلاف آنتروپی ایجاد شده به ازای فشارهای مختلف ورودی به ورتکس تیوب.. 48

شکل 5-1: نمایی از ورتکس تیوب و پارامترهای هندسی نازل آن.............................................................49

شکل 5-2 : نمودار دمای خروجی سرد برحسب ارتفاع نازل برای w = 0.8 mm.. 50

شکل 5-3 : نمودار دمای خروجی سرد برحسب ارتفاع نازل برای w = 0.9 mm.. 50

شکل 5-4 : نمودار دمای خروجی سرد برحسب ارتفاع نازل برای w = 1 mm 50

شکل 5-5 : نمودار دمای خروجی سرد برحسب ارتفاع نازل برای w = 1.2 mm.. 50

شکل 5-6 : نمودار مقایسه جدایش دمایی در α=0.3 برحسب ارتفاع نازل برای عرض های متفاوت نازل در a) خروجی سرد و b) خروجی گرم 51

شکل 5-7: نمودار دمای خروجی سرد برحسب عرض نازل برای ارتفاع نازل 5 میلیمتر.. 52

شکل 5-8: نمودار دمای خروجی سرد برحسب عرض نازل برای ارتفاع نازل 6 میلیمتر.. 52

شکل 5-9: نمودار دمای خروجی سرد برحسب عرض نازل برای ارتفاع نازل 7 میلیمتر.. 52

شکل5-10:کانتورهای دمایی برای حالاتa)حالت بهینهb) بدترین حالت 53

شکل 5-11: نمایش دو بعدیخطوط مسیردر نزدیکی خروجی سرد بر حسب سرعت محوری.. 54

شکل 5-12: طیف دمای کل در مقطعی نزدیک خروجی سرد.. 54

شکل5-13:کانتورهای ماخ برای فاز یک بررسی و حالاتa)حالت بهینهb) حالت میانی c)بدترین حالت.. 55

شکل 5-14 : نمودار تغییرات فشار در راستای شعاعی برای ارتفاع 5 و برای عرض نازل 0.8 و 1.2 میلی متر در محفظه چرخش.. 56

شکل 5-15: نمودار تغییرات فشار در راستای شعاعی برای ارتفاع 6 و برای عرض نازل 0.8 و 1.2 میلی متر در محفظه چرخش.. 56

شکل 5-16: نمودار تغییرات فشار در راستای شعاعی برای ارتفاع H=7 و برای عرض نازل 0.8 و 1.2 میلی متر در محفظه چرخش.. 57

شکل 5-17:(کانتور فشار برای محفظه چرخش برای عرض نازل 0.8 میلیمتر(b کانتورفشار برای محفظه چرخش برای عرض نازل 1.2 میلیمتر 58

شکل 5-18 : نمودار اختلاف دمای خروجی سرد با ورودی دستگاه برحسب η.. 59

شکل 5-19: کانتور دما بر حسب کلوین در مقاطع مختلف ورتکس تیوب برای ورودی 8.34 g/s^-160

شکل 5-20: خطوط مسیر برای سیال در ورتکس تیوب بر حسب دمای کل 61

شکل 5-21: مقایسه ی روند تغییرات سرعت چرخشی در راستای شعاعی برای مدل اسکای و همکاران [66] و مدل بهینه در z/L = 0.1. 62

شکل 5-22:نمودار ظرفیت گرمایشی برای W های مختلف به ازای H های متفاوت.. 62

شکل 5-23نمودار ظرفیت سرمایشی برای W های مختلف به ازای H های متفاوت.. 63

شکل 5-24: مقایسه ی روند تغییرات عدد ماخ در راستای شعاعی برای مدل اسکای و همکاران [66] و مدل بهینه در z/L = 0.1. 64

شکل 5-25: مقایسه ی روند تغییرات فشار کل در راستای شعاعی برای مدل اسکای و همکاران [66] و مدل بهینه در z/L = 0.1¹64

شکل 5-26: مقایسه ی روند تغییرات اختلاف دمای کل در راستای خط مرکزی لوله برای مدل اسکای و همکاران [66] و مدل بهینه بازای z/l های مختلف.. 65

فصل اول

مقدمه

ورتکس تیوب یک اختراع ابتکارانه از دو دانشمند به نامهای جورج ژوزف رانکیو و رودولف هیلش میباشد، که جداگانه این دستگاه را در طول جنگ در دهه 1940 درست کردند.[1] به همین خاطر ورتکس تیوب را به افتخار این دو، رانکیو-هیلش ورتکس تیوب[1] نیز مینامند.

ورتکس تیوب جریان گاز ورودی به لوله را به دو جریان جداگانه تقسیم میکند: یکی گرمتر و دیگری سردتر نسبت به ورودی. نکته جالب توجه در مورد این دستگاه، عدم وجود هیچ جزء متحرک، قطعه الکتریکی یا شیمیایی و یا کار ورودی به آن میباشد. علیرغم اینکه هندسه ورتکس تیوب ساده میباشد ولی فرآیند دینامیک سیالات و ترمودینامیک آن بسیار پیچیده میباشد. تا کنون کارهای آزمایشگاهی، تئوریک و عددی فراوانی برای بررسی پدیدهی جدایش دما[2] در ورتکس تیوب انجام گرفته است. واضح است که با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی[3] میتوان از پیچیدگیها و هزینههای مربوط به کارهای تجربی کاست.

1-1 رانکیو-هیلش ورتکس تیوب

در قرن نوزدهم فیزیکدان بریتانیایی جیمز ماکسول پیشنهاد داد که یک سیستم با دو خروجی مجزای آب سرد و گرم عبوری از یک لوله میتوان ساخت که با باز و بسته کردن یک شیر کوچک کار کند. شیر باید به طور خودکار زمانیکه یک مولکول از آب گرم به آن میرسد، باز و هنگامیکه یک مولکول از آب سرد به آن میرسد، بسته شود.[2] این وسیله خیالی میتوانست به عنوان منبعی جهت دستیابی به سیالهای سرد و گرم به طور همزمان باشد. این دستگاه که ابتدا با نام لوله جنّی ماکسول نامیده میشد، یک قرن بعد به واقعیت تبدیل شد و امروزه به نام ورتکس تیوب شناخته میشود. شکل 1-1 یک طرح شماتیک از این دستگاه را نشان میدهد که هوای متراکم ورودی را به دو جریان هوای سردتر و گرمتر تقسیم میکند. جذابیت این وسیله برای محققین همانطور که اشاره شد، عدم استفاده از هر گونه ابزار متحرک و یا کار ورودی به آن میباشد.

شکل 1-1: نحوه عملکرد و اجزای یک ورتکس تیوب [3]

همانطورکه اشاره شد در اصل ورتکس تیوب به نام دو دانشمند شناخته میشود، اولی یک فرانسوی به نام رانکیو که در سال 1933 ورتکس تیوب را کاملاً به طور تصادفی کشف نمود و دوم یک آلمانی به نام رودولف هیلشکه در سال 1946 با انجام کارهای آزمایشگاهی جامع و انتشار مقالهای در این زمینه، دستگاه را با موفقیت ساخت و تست نمود. تحقیقات این دو نفر به صورت جزئیتر در ادامه بحث میشود.

1-2 تحقیقات رانکیو

یکی از جامعترین مقالات دارای جزئیات مربوط به آنالیز نحوه کشف ورتکس تیوب، توسط فولتن [1] اندکی بعد از کشف آن توسط رانکیو منتشر شد که در آن اشاره به این موضوع شده است که رانکیو دمای سکون[4] را با دمای استاتیک[5] اشتباه گرفت و برای همین ورتکس تیوب ساخته شده توسط وی درست کار نکرد. شکل 1-2 ورتکس تیوب طراحی شده توسط رانکیو[4] را نشان میدهد.

شکل 1–2: سطح مقطع ورتکس تیوب طراحی شده توسط رانکیو [4]

ورتکس تیوبهای مدرن امروزی از لحاظ ساختار و نحوه طراحی شبیه آنچه در شکل 1-3 نمایش داده شده است، میباشد که همراه با نقشه انفجاری آن است. این ورتکس تیوب ساختهی شرکت Exair میباشد.

شکل 1-3: ورتکس تیوب مربوط به شرکت Exair[5]

نخستین مقاله انتشار یافته در زمینه ورتکس تیوب مربوط به رانکیو در سال 1931 میباشد. وی در این مقاله نشان داد که ورودی هوا به صورت مماسی و شامل یک یا چند نازل تزریق[6] میتواند باشد. او همچنین توضیح داد که چگونه میتوان با تنظیم اندازه قطر خروجی سرد یا تغییر مساحت خروجی گرم، به میزان سرمایش مورد نظر رسید. همچنین نتیجه گرفت که اگر خروجی گرم بسته باشد، دمای روی دیواره لوله[7] به بیشترین مقدار خود میرسد و نیز اینکه با افزایش فشار، دمای خروجی سرد کاهش مییابد. خلاصه تئوری رانکیو به این صورت است که جریان گاز دارای چرخش در یک ورق ضخیم روی دیواره منبسط میشود و لایههای داخلی این ورق روی لایههای خارجی بوسیلهی یک نیروی گریز از مرکز فشار میآورند و آنها را فشرده میسازند و بنابراین باعث حرارت دادن به آنها میشوند. در همان زمان لایههای داخلی منبسط میشوند و سرد میگردند و اصطکاک میان لایهها نیز به کمترین مقدار خود میرسد.[4]

برای خرید و دانلود اینجا کلیک کنید

ورتکس تیوب نازل، جدایش دمایی شبیه سازی عددی محفظه چرخش

زینب یکشنبه 10 اردیبهشت 1396 ساعت 08:53

0 نظر

کتابخانه

کتابخانه

شبیه سازی عددی جریان و رسوب توسط مدل دو بعدی

شبیه سازی عددی تغییر شکل قطره تحت جریان برشی با استفاده از مدل انرژی آزاد روش شبکه بولتزمن

شبیه سازی عددی سلول خورشیدی مبتنی بر نانو نوار گرافن با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی(NEGF)

فهرست مطالب

فصل 1- مقدمه

1-1- پیشگفتار

بررسی عددی تأثیر ابعاد هندسی نازلهای تزریق جهت افزایش عملکرد سرمایشی دستگاه ورتکس تیوب word

کتابخانه

روزانه‌ها

پیوندها

ابر برجسب

جدیدترین یادداشت‌ها

بایگانی

جستجو

شبیه سازی عددی جریان و رسوب توسط مدل دو بعدی

شبیه سازی عددی تغییر شکل قطره تحت جریان برشی با استفاده از مدل انرژی آزاد روش شبکه بولتزمن

شبیه سازی عددی سلول خورشیدی مبتنی بر نانو نوار گرافن با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی(NEGF)

فهرست مطالب

فصل 1- مقدمه

1-1- پیشگفتار

بررسی عددی تأثیر ابعاد هندسی نازلهای تزریق جهت افزایش عملکرد سرمایشی دستگاه ورتکس تیوب word