| Περίληψη: | Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει στην βελτιστοποίηση των θερμικών
εναλλακτών, με σκοπό την μέγιστη μεταφορά θερμότητας, μεταξύ των δύο ρευστών, και την ελαχιστοποίηση των απωλειών. Ειδικότερα, ένας από τους τρόπους αύξησης του ποσού της μεταφερόμενης θερμότητας από το ένα ρευστό στο άλλο είναι η δημιουργία τυρβώδους ροϊκού πεδίου, το οποίο μπορεί να επιτευχθεί με την προθήκη ειδικών διατάξεων, εντός των αγωγών, των θερμικών εναλλακτών. Για τον λόγο αυτό, στην παρούσα εργασία μελετάται το ροϊκό πεδίο που δημιουργείται σε έναν τετραγωνικής διατομής αγωγό μετά την προσθήκη τριγωνικών διατάξεων Pin-Fins, τόσο ανά μονάδες όσο και ανά τριάδες, εξασφαλίζοντας έτσι την καλύτερη απόδοση των θερμικών εναλλακτών. Επιπροσθέτως, εσωτερικά των τριγωνικών Pin-Fins σχεδιάζονται αυλακώσεις σε συγκεκριμένες γωνίες με τον άξονα x, ο οποίος είναι και ο άξονας που διέρχεται παράλληλα η ροή. Πιο συγκεκριμένα οι αυλακώσεις και γενικότερα οι διατάξεις για τις απαραίτητες προσομοιώσεις σχεδιάζονται με τη βοήθεια του CATIA_V5-6 R2016. Οι γωνίες που σχηματίζουν οι αυλακώσεις με τον άξονα x είναι 30o,45o ,60o και -30o,-45o,-60o με τον -x, ενώ παράλληλα δημιουργούνται και δύο πιο πολύπλοκες γεωμετρίες όπου, η μια σχηματίζει γωνία -45o με τον άξονα -x και ταυτόχρονα γωνία 30o με τον x, και η δεύτερη, γωνία 60o με τον -x και 0o με τον x. Με τη βοήθεια του ANSYS|FLUENT πραγματοποιούνται οι παραπάνω προσομοιώσεις επιλέγοντας το μοντέλο τύρβης k-ω, SST, και διερευνάται το ροϊκό πεδίο εστιάζοντας στην κρίσιμη περιοχή, δηλαδή γύρω από τα τοποθετημένα Pin-Fins στον αγωγό. Αξίζει να σημειωθεί πως οι προσομοιώσεις γίνονται αρχικά στις ταχύτητες 1m/s, 3m/s, 5m/s, 7m/s και 10m/s ώστε τελικά να διασαφηνιστεί η βέλτιστη γεωμετρικά διάταξη αλλά και η καταλληλότερη ταχύτητα ροής αέρα που θα διαπερνά τον αγωγό, για την μέγιστη απόδοση.
Αρχικά, οι μονές διατάξεις, δηλαδή εκείνες οι οποίες περιέχουν ένα μόνο Pin-Fin στον αγωγό, προσομοιώνονται σε ταχύτητες 1,3,5,7,10 m/s και μετά από σύγκριση παρατηρείται πως οι βέλτιστες ταχύτητες είναι οι 5,7,10 m/s. Για αυτόν τον λόγο, η παραμετρική ανάλυση των διατάξεων που περιέχουν τριάδες Pin-Fins, πραγματοποιείται μόνο για τις παραπάνω ταχύτητες. Κατόπιν σύγκρισης, όπως θα αναφερθεί στην συνέχεια, καταλήγουμε στο συμπέρασμα πως οι βέλτιστη διάταξη, τόσο μεταξύ των μονάδων όσο και των τριάδων, είναι αυτή όπου οι αυλακώσεις σχηματίζουν γωνία 30 μοιρών με τον άξονα x. Επιπροσθέτως, μεταξύ των δύο αυτών διατάξεων
(μονάδα-30oκαι τριάδα-30o) η βέλτιστη είναι η τριάδα καθώς δημιουργεί μεγαλύτερα ποσά τυρβώδους κινητικής ενέργειας, πιο διαταραγμένα προφίλ και μεγαλύτερες ταχύτητες, με ελάχιστα μεγαλύτερες απώλειες πίεσης από ότι οι διατάξεις-μονάδας. Εξαιτίας των προαναφερθέντων, καθώς η τυρβώδης κινητική ενέργεια του εργαζόμενου μέσου είναι μεγαλύτερη, λογικό επακόλουθο είναι η αύξηση της μετάδοσης θερμότητας που αποτελεί μελλοντική μελέτη.
|
|---|
