Υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης στο ροϊκό και θερμικό πεδίο αγωγού ορθογωνικής διατομής ενός Vortex Generator τύπου επίπεδου πλακιδίου με τρεις κυκλικές οπές για διαφορετικές τιμές διαμέτρου των οπών και γωνίας προσβολής του πλακιδίου

• Κύριος συγγραφέας: Σταυράκογλου, Κωνσταντίνος
• Άλλοι συγγραφείς: Stavrakoglou, Konstantinos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Μεταφορά θερμότητας; Πτώση πίεσης; Vortex generators; Heat transfer; Pressure drop; Nusselt number; Reynolds number

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης ενός vortex generator τύπου επιπέδου πλακιδίου με τρεις κυκλικές οπές στο ροϊκό και θερμικό πεδίο ενός αγωγού ορθογωνικής διατομής. Στόχος της συγκεκριμένης μελέτης είναι η βελτίωση της μεταφοράς θερμότητας εντός του αγωγού, πετυχαίνοντας παράλληλα τις χαμηλότερες δυνατές απώλειες πίεσης. Προκειμένου αυτό να επιτευχθεί, υλοποιήθηκαν πολλές υπολογιστικές προσομοιώσεις, όπου σε κάθε μια από αυτές γίνονται διαφοροποιήσεις ως προς τη γεωμετρία του πλακιδίου, την τοποθέτηση του εντός του αγωγού και την ταχύτητα εισόδου του αέρα. Αρχικά, γίνεται παρουσίαση του βασικού θεωρητικού υπόβαθρου που αφορά τη ρευστομηχανική, όπως την κατηγοριοποίηση των ειδών ροής, την ανάλυση του οριακού στρώματος, τους μηχανισμούς μεταφοράς θερμότητας, καθώς και τα βασικά χαρακτηριστικά των γεννητριών δίνης (Vortex Generators) και το τρόπο που συμβάλλουν στη μεταφορά θερμότητας. Επίσης γίνεται εισαγωγή στην υπολογιστική ρευστοδυναμική μέσω του πακέτου ANSYS-FLUENT, το οποίο και χρησιμοποιήθηκε για τις υπολογιστικές προσομοιώσεις. Στη συνέχεια, σχεδιάστηκαν οι γεωμετρίες του προβλήματος, έγινε η διακριτοποίηση τους μέσω της εφαρμογής κατάλληλου πλέγματος και ακολούθησε η ρύθμιση των κατάλληλων παραμέτρων και συνθηκών των προσομοιώσεων. Πρώτα έγινε διερεύνηση για διαφορετικές τιμές διαμέτρου των οπών του πλακιδίου (D=0,2,4,6 mm) όπου και επιλέχθηκε η βέλτιστη διάμετρος ανάλογα με ορισμένα επιθυμητά μεγέθη (μέση θερμοκρασία εξόδου, μέσο αριθμό Nusselt, συντελεστή πτώσης πίεσης). Στη συνέχεια, έγινε σύγκρισή μεταξύ ενός άδειου αγωγού ίδιων διαστάσεων με ένα αγωγό όπου το πλακίδιο έχει οπές με τη βέλτιστη διάμετρο, για διαφορετικούς αριθμούς Reynolds στην είσοδο (5000,10000,15000,20000). Ακολούθησε διερεύνηση για το πλακίδιο με τη βέλτιστη διάμετρο οπών ως προς τις διαφορετικές γωνίες προσβολής του (0,30,45,60,80 μοίρες), ώστε να βρεθεί εκείνη που παρουσιάζει τα καλύτερα αποτελέσματα ως προς τα προαναφερόμενα μεγέθη. Αυτή η γωνία προσβολής συγκρίθηκε στο τελικό στάδιο με άδειο αγωγό ίδιων διαστάσεων για διαφορετικές τιμές του αριθμού Reynolds στην είσοδο (5000,10000,15000,20000). Σε όλες τις διερευνήσεις δημιουργήθηκαν τα κατάλληλα σχεδιαγράμματα για την καλύτερη κατανόηση των αποτελεσμάτων. Τέλος, έγινε ανάλυση των συμπερασμάτων που προέκυψαν και σύσταση κάποιων προτάσεων για περαιτέρω έρευνα.