Υπολογιστική μελέτη και σύγκριση του ροϊκού και του θερμικού πεδίου καμπύλου και ευθύγραμμου αγωγού με παραμετρική διερεύνηση της συμπεριφοράς τους για διαφορετικές τιμές ροϊκών και θερμικών συνθηκών

• Κύριος συγγραφέας: Χοτζάρα, Οντέτα
• Άλλοι συγγραφείς: Chotzara, Onteta
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Καμπύλοι αγωγοί; Τυρβώδης ροή; Μεταφορά θερμότητας; Υπολογιστική ρευστοδυναμική; Curved ducts; Turbulent flow; Heat transfer; Computational fluid dynamics (CFD); Ansys-Fluent

Η παρούσα διπλωματική πραγματεύεται την στρωτή και τυρβώδη ροή μέσω ευθύγραμμων και καμπύλων αγωγών. Οι καμπύλοι αγωγοί θα μπορούσαν να διακριθούν με βάση την μορφή τους σε τοροειδείς αγωγούς, ελικοειδείς αγωγούς, U-tubes, σπειροειδείς αγωγούς και περιεστρεμμένους αγωγούς, οι οποίοι χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές όπως η χημική βιομηχανία και προτιμώνται σε σχέση με τους ευθύγραμμους αγωγούς, λόγω της προσαρμοστικότητας τους, της δυνατότητας τους να παρέχουν μεγαλύτερη επιφάνεια σε σχετικά μικρότερο όγκο και λόγω της ενισχυμένης μεταφοράς θερμότητας που παρατηρείται εξαιτίας της εμφάνισης δευτερογενούς ροής. Οι ροές σε καμπύλους αγωγούς, λόγω της υψηλής σημασίας τους έχουν μελετηθεί από ερευνητές τόσο θεωρητικά, όσο πειραματικά και υπολογιστικά. Η μέθοδος που επικρατεί πλέον είναι η υπολογιστική μελέτη λόγω της ακρίβειας των αποτελεσμάτων, της ταχύτητας και της μειωμένης οικονομικής δαπάνης που απαιτείται συγκριτικά με πειραματικές διατάξεις. Παρακάτω παρατίθενται αρκετές μελέτες υπολογιστικές και πειραματικές, που έχουν γίνει ανά τα χρόνια σχετικά με στρωτές και τυρβώδεις ροές σε καμπύλους αγωγούς με σημαντικά αποτελέσματα. Ένα από τα πιο γνωστά υπολογιστικά προγράμματα που χρησιμοποιείται σε εφαρμογές ρευστομηχανικής είναι το Fluent της Ansys το οποίο χρησιμοποιήθηκε και για την μελέτη που πραγματοποιήθηκε στην παρούσα εργασία. H διαδικασία στο fluent ξεκινάει σχεδιάζοντας τις γεωμετρίες που στην περίπτωση μας αφορούν έναν ευθύγραμμο αγωγό κυκλικής διατομής και έναν καμπύλο αγωγό (U-tube) επίσης κυκλικής διατομής. Στην συνέχεια κατασκευάζονται τα κατάλληλα πλέγματα, έπειτα ακολουθεί το κομμάτι της μοντελοποίησης κατά το οποίο επιλέγονται βασικές παράμετροι της ροής και η διαδικασία τελειώνει με τα αποτελέσματα και την ανάλυση τους. Στην παρούσα διπλωματική εργασία χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις αριθμοί Reynolds= 500, 1500, 3000, 8000 και για τις περιπτώσεις της τυρβώδους ροής δύο διαφορετικά μοντέλα τύρβης (k-epsilon και SST K-omega). Τα αποτελέσματα σε όλες τις περιπτώσεις ροής έδειξαν πολύ καλύτερη μεταφορά θερμότητας από τα τοιχώματα του αγωγού στο κέντρο του ρευστού στην περίπτωση του καμπύλου αγωγού σε σχέση με τον ευθύγραμμο σε όλες τις περιπτώσεις ροής. Η μέγιστη τιμή θερμοκρασίας εξόδου που παρατηρήθηκε ήταν Τ=365K, για Reynolds: 1500 και αφορούσε τον καμπύλο αγωγό.