Υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης στο ροϊκό και θερμικό πεδίο αγωγού ορθογωνικής διατομής και σταθερής θερμοκρασίας τοιχωμάτων, ενός σταυροειδούς επίπεδου ελάσματος με οπές, για διαφορετικό αριθμό οπών και αριθμών Reynolds
Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης ενός επίπεδου ελάσματος, το οποίο λειτουργεί ως μία γεννήτρια δινών (vortex generator), σε σχήμα σταυρού με οπές, στο θερμικό και ροϊκό πεδίο ενός αγωγού ορθογωνικής διατομής με σταθερά θερμαινόμενα τοιχώματα. Οι γεννήτρ...
Κύριος συγγραφέας: | |
---|---|
Άλλοι συγγραφείς: | |
Γλώσσα: | Greek |
Έκδοση: |
2023
|
Θέματα: | |
Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/25117 |
id |
nemertes-10889-25117 |
---|---|
record_format |
dspace |
institution |
UPatras |
collection |
Nemertes |
language |
Greek |
topic |
Ενίσχυση μετάδοσης θερμότητας Γεννήτριες δινών Υπολογιστική ρευστοδυναμική Μοντέλο τύρβης k – ε Heat transfer enhancement Vortex generator Computational fluid dynamics k – ε turbulence model Ansys Fluent |
spellingShingle |
Ενίσχυση μετάδοσης θερμότητας Γεννήτριες δινών Υπολογιστική ρευστοδυναμική Μοντέλο τύρβης k – ε Heat transfer enhancement Vortex generator Computational fluid dynamics k – ε turbulence model Ansys Fluent Πουλόπουλος, Ιωάννης Υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης στο ροϊκό και θερμικό πεδίο αγωγού ορθογωνικής διατομής και σταθερής θερμοκρασίας τοιχωμάτων, ενός σταυροειδούς επίπεδου ελάσματος με οπές, για διαφορετικό αριθμό οπών και αριθμών Reynolds |
description |
Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης ενός επίπεδου ελάσματος, το οποίο λειτουργεί ως μία γεννήτρια δινών (vortex generator), σε σχήμα σταυρού με οπές, στο θερμικό και ροϊκό πεδίο ενός αγωγού ορθογωνικής διατομής με σταθερά θερμαινόμενα τοιχώματα. Οι γεννήτριες δινών χαρακτηρίζονται ως αποδοτικά γεωμετρικά βοηθήματα που χρησιμοποιούνται σε προβλήματα ρευστοδυναμικής για την επαγωγή δευτερευουσών ροών με στόχο την ανακατασκευή του πεδίου ροής. Σκοπός της διερεύνησης είναι η ενίσχυση της μετάδοσης θερμότητας κατά μήκος του αγωγού, προσομοιώνοντας 4 γεωμετρικά μοντέλα, τα οποία διαφέρουν ως προς τον αριθμό των οπών στο διάμηκες τμήμα της υπό κλίσης σταυροειδούς ράμπας, για αριθμούς Reynolds 5000, 10000, 15000 και 20000. Η υπολογιστική διερεύνηση βασίζεται στην Υπολογιστική Ρευστοδυναμική (CFD) και διενεργείται με χρήση του λογισμικού Ansys Fluent.
Αρχικά, γίνεται μία θεωρητική εισαγωγή στην ρευστομηχανική και τη μετάδοση θερμότητας, με έμφαση στις τυρβώδεις ροές, τις δευτερογενείς ροές, την εξαναγκασμένη συναγωγή και την ενίσχυση μετάδοσης θερμότητας με γεννήτριες δινών. Ακολουθεί, επίσης, μία εισαγωγή στην υπολογιστική ρευστοδυναμική, τις χρονικά μέσες εξισώσεις Navier-Stokes (RANS) και τη μοντελοποίηση της τύρβης. Έπειτα, περιγράφεται η διαδικασία μοντελοποίησης στο Fluent, όπου προηγείται η κατασκευή των γεωμετριών των μοντέλων και η κατασκευή των υπολογιστικών πλεγμάτων των προσομοιώσεων. Στη συνέχεια, για την επίλυση επιλέγεται το μοντέλο τύρβης k – ε Realizable, ενώ εφαρμόζεται θερμοκρασία εισόδου του αέρα ίση με 273 K και σταθερή θερμοκρασία τοιχωμάτων ίση με 650 Κ.
Σε πρώτη φάση, πραγματοποιούνται οι προσομοιώσεις των τεσσάρων μοντέλων για αριθμό Re=10000 και γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων, τόσο μεταξύ τους όσο και με τα αντίστοιχα αποτελέσματα για την ίδια ροή σε αγωγό χωρίς ράμπα. Η σύγκριση βασίζεται κυρίως στη μέση θερμοκρασία T_bulk και το συντελεστή μεταφοράς θερμότητας h κατά μήκος του αγωγού, τον αριθμό Nusselt, καθώς επίσης και το συντελεστή τριβής f. Ακολουθεί η ίδια διαδικασία για τα μοντέλα στους υπόλοιπους αριθμούς Reynolds και προτείνεται το αποδοτικότερο μοντέλο για κάθε περίπτωση. Τέλος, παρουσιάζονται οι γενικές παρατηρήσεις από την παρούσα μελέτη καθώς και προτάσεις για μελλοντική έρευνα. |
author2 |
Poulopoulos, Ioannis |
author_facet |
Poulopoulos, Ioannis Πουλόπουλος, Ιωάννης |
author |
Πουλόπουλος, Ιωάννης |
author_sort |
Πουλόπουλος, Ιωάννης |
title |
Υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης στο ροϊκό και θερμικό πεδίο αγωγού ορθογωνικής διατομής και σταθερής θερμοκρασίας τοιχωμάτων, ενός σταυροειδούς επίπεδου ελάσματος με οπές, για διαφορετικό αριθμό οπών και αριθμών Reynolds |
title_short |
Υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης στο ροϊκό και θερμικό πεδίο αγωγού ορθογωνικής διατομής και σταθερής θερμοκρασίας τοιχωμάτων, ενός σταυροειδούς επίπεδου ελάσματος με οπές, για διαφορετικό αριθμό οπών και αριθμών Reynolds |
title_full |
Υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης στο ροϊκό και θερμικό πεδίο αγωγού ορθογωνικής διατομής και σταθερής θερμοκρασίας τοιχωμάτων, ενός σταυροειδούς επίπεδου ελάσματος με οπές, για διαφορετικό αριθμό οπών και αριθμών Reynolds |
title_fullStr |
Υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης στο ροϊκό και θερμικό πεδίο αγωγού ορθογωνικής διατομής και σταθερής θερμοκρασίας τοιχωμάτων, ενός σταυροειδούς επίπεδου ελάσματος με οπές, για διαφορετικό αριθμό οπών και αριθμών Reynolds |
title_full_unstemmed |
Υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης στο ροϊκό και θερμικό πεδίο αγωγού ορθογωνικής διατομής και σταθερής θερμοκρασίας τοιχωμάτων, ενός σταυροειδούς επίπεδου ελάσματος με οπές, για διαφορετικό αριθμό οπών και αριθμών Reynolds |
title_sort |
υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης στο ροϊκό και θερμικό πεδίο αγωγού ορθογωνικής διατομής και σταθερής θερμοκρασίας τοιχωμάτων, ενός σταυροειδούς επίπεδου ελάσματος με οπές, για διαφορετικό αριθμό οπών και αριθμών reynolds |
publishDate |
2023 |
url |
https://hdl.handle.net/10889/25117 |
work_keys_str_mv |
AT poulopoulosiōannēs ypologistikēdiereunēsētēsepidrasēsstoroïkokaithermikopedioagōgouorthogōnikēsdiatomēskaistatherēsthermokrasiastoichōmatōnenosstauroeidousepipedouelasmatosmeopesgiadiaphoretikoarithmoopōnkaiarithmōnreynolds AT poulopoulosiōannēs computationalinvestigationoftheeffectontheflowandthermalfieldinarectangularcrosssectionductwithconstantwalltemperatureofacrossshapedflatplatewithholesfordifferentnumberofholesandreynoldsnumbers |
_version_ |
1771297269653438464 |
spelling |
nemertes-10889-251172023-06-21T03:55:55Z Υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης στο ροϊκό και θερμικό πεδίο αγωγού ορθογωνικής διατομής και σταθερής θερμοκρασίας τοιχωμάτων, ενός σταυροειδούς επίπεδου ελάσματος με οπές, για διαφορετικό αριθμό οπών και αριθμών Reynolds Computational investigation of the effect on the flow and thermal field in a rectangular cross-section duct with constant wall temperature, of a cross-shaped flat plate with holes, for different number of holes and Reynolds numbers Πουλόπουλος, Ιωάννης Poulopoulos, Ioannis Ενίσχυση μετάδοσης θερμότητας Γεννήτριες δινών Υπολογιστική ρευστοδυναμική Μοντέλο τύρβης k – ε Heat transfer enhancement Vortex generator Computational fluid dynamics k – ε turbulence model Ansys Fluent Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης ενός επίπεδου ελάσματος, το οποίο λειτουργεί ως μία γεννήτρια δινών (vortex generator), σε σχήμα σταυρού με οπές, στο θερμικό και ροϊκό πεδίο ενός αγωγού ορθογωνικής διατομής με σταθερά θερμαινόμενα τοιχώματα. Οι γεννήτριες δινών χαρακτηρίζονται ως αποδοτικά γεωμετρικά βοηθήματα που χρησιμοποιούνται σε προβλήματα ρευστοδυναμικής για την επαγωγή δευτερευουσών ροών με στόχο την ανακατασκευή του πεδίου ροής. Σκοπός της διερεύνησης είναι η ενίσχυση της μετάδοσης θερμότητας κατά μήκος του αγωγού, προσομοιώνοντας 4 γεωμετρικά μοντέλα, τα οποία διαφέρουν ως προς τον αριθμό των οπών στο διάμηκες τμήμα της υπό κλίσης σταυροειδούς ράμπας, για αριθμούς Reynolds 5000, 10000, 15000 και 20000. Η υπολογιστική διερεύνηση βασίζεται στην Υπολογιστική Ρευστοδυναμική (CFD) και διενεργείται με χρήση του λογισμικού Ansys Fluent. Αρχικά, γίνεται μία θεωρητική εισαγωγή στην ρευστομηχανική και τη μετάδοση θερμότητας, με έμφαση στις τυρβώδεις ροές, τις δευτερογενείς ροές, την εξαναγκασμένη συναγωγή και την ενίσχυση μετάδοσης θερμότητας με γεννήτριες δινών. Ακολουθεί, επίσης, μία εισαγωγή στην υπολογιστική ρευστοδυναμική, τις χρονικά μέσες εξισώσεις Navier-Stokes (RANS) και τη μοντελοποίηση της τύρβης. Έπειτα, περιγράφεται η διαδικασία μοντελοποίησης στο Fluent, όπου προηγείται η κατασκευή των γεωμετριών των μοντέλων και η κατασκευή των υπολογιστικών πλεγμάτων των προσομοιώσεων. Στη συνέχεια, για την επίλυση επιλέγεται το μοντέλο τύρβης k – ε Realizable, ενώ εφαρμόζεται θερμοκρασία εισόδου του αέρα ίση με 273 K και σταθερή θερμοκρασία τοιχωμάτων ίση με 650 Κ. Σε πρώτη φάση, πραγματοποιούνται οι προσομοιώσεις των τεσσάρων μοντέλων για αριθμό Re=10000 και γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων, τόσο μεταξύ τους όσο και με τα αντίστοιχα αποτελέσματα για την ίδια ροή σε αγωγό χωρίς ράμπα. Η σύγκριση βασίζεται κυρίως στη μέση θερμοκρασία T_bulk και το συντελεστή μεταφοράς θερμότητας h κατά μήκος του αγωγού, τον αριθμό Nusselt, καθώς επίσης και το συντελεστή τριβής f. Ακολουθεί η ίδια διαδικασία για τα μοντέλα στους υπόλοιπους αριθμούς Reynolds και προτείνεται το αποδοτικότερο μοντέλο για κάθε περίπτωση. Τέλος, παρουσιάζονται οι γενικές παρατηρήσεις από την παρούσα μελέτη καθώς και προτάσεις για μελλοντική έρευνα. The scope of the present thesis is the study of the effect of a cross-shaped flat plate with holes, which is functioning as a vortex generator, on the thermal and flow field of a rectangular cross-section duct with constant wall temperature. Vortex generators have been characterized as efficient geometrical aids used in fluid dynamics applications in order to induce secondary flows and reconstruct the flow field. The purpose of the investigation is to enhance the heat transfer lengthwise the duct by simulating 4 geometrical models, which differ in the number of holes in the longitudinal section of the inclined cross-shaped ramp, for Reynolds numbers 5000, 10000, 15000 and 20000. The computational investigation is based on Computational Fluid Dynamics (CFD) and is carried out using Ansys Fluent software. First, a theoretical introduction to fluid mechanics and heat transfer is given, with emphasis on turbulent flows, secondary flows, forced convection and heat transfer enhancement with vortex generators. An introduction to computational fluid dynamics, Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations, and turbulence modeling follows, too. Afterwards, the modeling process in Fluent is described, where the geometry design and the mesh generation of the simulations are taking place. Thereafter, the k – ε Realizable turbulence model is chosen for the solution phase, while an air inlet temperature equal to 273 K and a constant wall temperature equal to 650 K are applied. In the first stage, the simulations of the four models for Re=10000 are carried out and the results are compared, both with each other and with the corresponding results for the same flow in a plain duct. The comparison is mainly focused on the bulk temperature T_bulk and the heat transfer coefficient h along the duct, the Nusselt number, as well as the friction coefficient f. The same procedure applies for the models for the rest of Reynolds numbers and the most efficient model is proposed in each case. Finally, general observations from this study, as well as suggestions for future research, are presented. 2023-06-20T07:17:29Z 2023-06-20T07:17:29Z 2023-07-05 https://hdl.handle.net/10889/25117 el Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ application/pdf |