شبیه سازی سه بعدی جریان آرام موازی یک مجموعه لوله نامحدود

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

2 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

چکیده

در این مقاله به شبیه­ سازی عددی سه بعدی جریان آرام دائم سیال نیوتنی موازی یک مجموعه لوله با چیدمان­ های منظم مثلثی (زاویه 30 درجه)، مربعی (زاویه 45 درجه) و شش وجهی (زاویه 60 درجه) که بصورت نامحدود بوده و دیواره ­ای پیرامون آن ها وجود ندارد، پرداخته شده­ است. معادلات جریان سیال با استفاده از روش سیمپل و تقریب بالادست مرتبه دوم، توسط نرم ­افزار فلوئنت حل شده­ اند. روند حل به این صورت است که ابتدا یک توزیع سرعت یکنواخت بر روی مجموعه لوله ­ها در قسمت ورودی آن ها در نظر گرفته ­شده و با حرکت سیال در جهت موازی لوله­ ها، جریان به حالت توسعه یافته می­ رسد. طول وروری هیدرودینامیکی، افت فشار، ضریب اصطکاک و توزیع سرعت برحسب نسبت فاصله مراکز لوله ها به قطر لوله ها مورد بررسی قرار­ گرفتند. نتایج نشان می ­دهد که طول ورودی هیدرودینامیکی در کلیه چیدمان ها، کمتر از طول ورودی جریان داخل یک لوله دایره­ای شکل معمولی با قطر هیدرولیکی معادل می باشد و نسبت این طول به قطر هیدرولیکی معادل، با افزایش فاصله بین لوله­ ها کاهش می ­یابد. همچنین با افزایش تراکم لوله ­ها یا به عبارتی کاهش فاصله لوله­ ها، افت فشار در چیدمان 30 درجه بیشتر از حالت های 45 و 60 درجه می ­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] M. E. Skuntz, R. Elander, M. Al Azawii, P. Bueno, and R. Anderson, "System efficiency of packed bed TES with radial flow vs. axial flow–Influence of aspect ratio," Journal of Energy Storage, vol. 72, p. 108463, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108463.
 
[2] D. Handly, "Momentum and heat transfer mechanisms in regular shaped packings," Trans. Inst. Chem. Eng., vol. 46, pp. 251-259, 1968, doi: https://doi.org/10.1016/1359-4311(95)00023-2.
 
[3] C. E. Baukal Jr, Heat transfer in industrial combustion. CRC press, 2000, doi: https://doi.org/10.1016/S0278-6125(99)90104-8.
 
[4] G. Beavers, E. M. Sparrow, and D. Rodenz, "Influence of bed size on the flow characteristics and porosity of randomly packed beds of spheres," 1973, doi: https://doi.org/10.1016/0017-9310(90)90177-V.
 
[5] W. M. Kays and A. L. London, "Compact heat exchangers," 1984, doi: https://doi.org/10.1016/S0278-6125(99)90104-8.
 
[6] W. M. Rohsenow, J. P. Hartnett, and Y. I. Cho, Handbook of heat transfer. Mcgraw-hill New York, 1998, ISBN-13 : 978-0070535558.
 
[7] O. Miyatake and H. Iwashita, "Laminar-flow heat transfer to a fluid flowing axially between cylinders with a uniform surface temperature," International journal of heat and mass transfer, vol. 33, no. 3, pp. 417-425, 1990, doi: https://doi.org/10.1016/0017-9310(90)90177-V.
 
[8] M. Asif and A. Dhiman, "Analysis of laminar flow across a triangular periodic array of heated cylinders," Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, vol. 40, pp. 1-24, 2018, doi: https://doi.org/10.1007/s40430-018-1273-7.
 
[9] V. Poplavksii, A. Efanov, A. Zhukov, S. Kalyakin, A. Sorokin, and Y. S. Yuriev, "Thermohydraulic studies of sodium-cooled reactor facilities," Atomic energy, vol. 108, pp. 296-302, 2010, doi: https://doi.org/10.1007/s10512-010-9292-1.
 
[10] E. Erdim, Ö. Akgiray, and İ. Demir, "A revisit of pressure drop-flow rate correlations for packed beds of spheres," Powder technology, vol. 283, pp. 488-504, 2015, doi: https://doi.org/10.1201/9780429157608.
 
[11] N. E. Todreas and M. S. Kazimi, Nuclear systems volume I: Thermal hydraulic fundamentals. CRC press, 2021, doi: https://doi.org/10.1201/9781351030502.
 
[12] E. Sparrow and A. Loeffler Jr, "Longitudinal laminar flow between cylinders arranged in regular array," AIChE Journal, vol. 5, no. 3, pp. 325-330, 1959, doi: https://doi.org/10.1002/aic.690050315.
 
 
[13] J. Happel, "Viscous flow relative to arrays of cylinders," AIChE Journal, vol. 5, no. 2, pp. 174-177, 1959, doi: https://doi.org/10.1002/aic.690050211.
 
[14] S. Banerjee and G. Hadaller, "Longitudinal laminar flow between cylinders arranged in a triangular array by a variational technique," 1973, doi: https://doi.org/10.1115/1.3423150.
 
[15] J. Drummond and M. Tahir, "Laminar viscous flow through regular arrays of parallel solid cylinders," International Journal of Multiphase Flow, vol. 10, no. 5, pp. 515-540, 1984, doi: https://doi.org/10.1016/0301-9322(84)90079-X.
 
[16] C. Wang, "Longitudinal flow past cylinders arranged in a triangular array," Applied Mathematical Modelling, vol. 23, no. 3, pp. 219-230, 1999, doi: https://doi.org/10.1016/S0307-904X(98)10075-6.
 
[17] J. Kolodziej, M. Mierzwiczak, and M. Ciałkowski, "Power law fluid flow through a bundle of regular fibers," Applied Mathematical Modelling, vol. 39, no. 21, pp. 6425-6437, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.apm.2015.01.067.
 
 
[18] H. Sadeghifar, N. Djilali, and M. Bahrami, "A compact closed-form Nusselt formula for laminar longitudinal flow between rectangular/square arrays of parallel cylinders with unequal row temperatures," International Journal of Thermal Sciences, vol. 100, pp. 248-254, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2015.10.004.