عنوان :

مقاله تبخیر آب توسط کنوکسیون آزاد در کانال عمودی شامل اثرات تشعشعی دیواره

تعداد صفحات :۴۸

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

تحقیق حاضر شامل بررسی عددی انتقال حرارت و جرم توسط کنوکسیون طبیعی در طی تبخیر آب در یک کانال عمودی است که در ضمن یک شار ثابت جرم و همچنین اثرات انتقال گرمای تشعشعی بین صفحه ها انجام شده است . معادله های حاکم توسط روش تفاضل محدود به صورت عددی بررسی شده است . شرح حال پروفایل سرعت ، دما و رطوبت بیان شده است . اثر شرایط محیطی ، پهنای کانال و تشعشع دیواره ها همچنین در این تحقیق تجزیه و تحلیل شده است .

نتایج به طور خلاصه به شرح ذیل می باشد:

سرمایش تبخیری در پهنه مرزی خیس به طور قابل ملاحظه ای پروفایل های دما و سرعت را مخصوصاً در نزدیکی خروجی کانال گسترش می دهد .
کاهش شار گرمایی بکار رفته باعث سرمایش سیال نزدیک به دیوارۀ مرطوب می گردد. موقعیتی با جریان معکوس در این ناحیه برای مقادیر کوچک تری از شار گرمایی تعیین شده ممکن است رخ دهد .
انتقال گرما و جرم دو وجهی در صفحه مرطوب توسط تبخیر آب امکان پذیر است . به هر حال ، جابجایی دیواره خشک نقش مهمی در فرآیند انتقال گرما ایفا می کند .
صفحه هایی با قابلیت نشر بیشتر ، مقدار آب تبخیر شده را افزایش می دهند . بنابراین گفته می شود تبخیر بهینه زمانی روی می دهد که سطوح کانال جسم سیاه باشند .

واژه های کلیدی: انتقال حرارت، کنوکسیون طبیعی، تبخیر آب

 فهرست مطالب

چکیده :   ۱
مقدمه   ۱
فهرست نامها :   ۲
علائم یونانی   ۴
اندیس ها   ۴
۲٫ تجزیه و تحلیل   ۷
۳٫   نتایج و بحث   ۱۸
۱٫۴٫ پیشرفت جریان و نواحی جرمی و حرارتی   ۲۰
۳٫۴٫ اثر تشعشع صفحات   ۳۴
نتایج اصلی به طور خلاصه در زیر ارائه شده اند :   ۴۱
مراجع   ۴۳

مراجع

۱٫      W.Aung و G. Worku ، جریان رشد یافته و برگشت جریان در یک کانال عمودی با دماهای غیر متقارن دیواره،
۲٫       ASME  J.Heat Transfer 108 (1986) 299-304
۳٫     
۴٫      W.Aung و Worku G. ، تئوری جابجایی ترکیبی کاملاً گسترش یافته شامل برگشت جریان،
۵٫        ASME  J.Heat Transfer 108 (1986) 485 – ۴۸۸
۶٫      J.L.Peube , F.Penot , A.M.Dalbert Int.J.Heat Mass Transfer 24(9) (1981) 1463-1473
۷٫      Y.D.Liu ,C.Prakash ،
جریان ایجاد شده توسط شناوری در یک مجرای عمودی دایره وار باله دار از داخل . ASME  J.Heat Transfer 107 (1985)118-123.
۸٫   L.Pera , B. Gebhart ، طبیعت جریان های جابجایی طبیعی عمودی حاصل شده از اثرات ترکیبی شناوری نفوذ جرمی و حرارتی ، Int.J.Heat Mass Transfer 14  (۱۹۷۱) ۲۰۲۵-۲۰۵۰
۹٫      ۱۹۷۹ , M.Vachon
۱۰٫ C.Y.Soong . W.M. Yan  ، انتقال جرم و حرارت جابجایی د طول یک صفحۀ شیب دار گرم شده با تبخیر فیلمی . Int.J.Heat Mass Transfer 38(7) (1995) 1261-1269
۱۱٫ G.le Palec , M.Daguenet , M.Mammou  ، تحقیق عددی انتقال جرم و حرارت از یک صفحه صاف شیبدار با مناطق خشک و خیس .Int.J.Heat Mass Transfer  ۳۵(۹) (۱۹۹۲)۲۲۷۷-۲۲۸۷
W.M.Yan , T.F.Lin , Y.L.Tsay  سرمایش فیلم مایع ریزان در حین انتقال گرما و جرم
Int.J.Heat Multiphase Flow 16 (5) (1990) 853-865.
Y.kurosaki ، انتقال حرارت تشعشعی در یک جریان میان صفحات صاف موازی با خطای دمایی در دیواره ها
Fifth International Heat Transfer Conference 1 (1974) 98-102
۱۵٫ V.Sernas , D.g.Briggs , J.R.carpenter ، تشعشع ترکیبی و جابجایی آزاد لامینار در حال گسترش میان صفحات صاف عمودی با گرمایش نامتقارن
ASME  J . HEAT Transfer 104 (1976) 501-507
E.M.Sparrow, C.H.Liu، بر هم کنش جابجایی تشعشعی در یک کانال عمودی
Int.J.Heat Mass Transfer 23(1980) 1137-1146
۱۹۸۳٫ M.EL Yahyaoui
N.M.Ozisik ، انتقال تشعشع و بر هم کنش ها با هدایت و جابجایی،Wiley ، نیویورک ، ۱۹۷۳, P.574
Q.P.Choug،M.Akiyama، آنالیز عددی کنوکسیون آزاد با تشعشع سطحی در یک دیواره مربعی ،
Numerical Heat Transfer, Part  A  ۳۱(۱۹۹۷) ۴۱۹-۴۳۳
۲۳٫ M.Al Taleb , A.S.Mujumdar, M.Hasan  ، تبخیر لامینار از سطوح صاف به درون بخار حلال فوق گرم و غیر اشباع، Hemisphere (1986) 604- 616

اندیس ها

    ۱در صفحه مرطوب

۲  در صفحه خشک

۳  در شرایط محیط

اثرات نفوذ جرم برروی جریان کنوکسیون گرمای طبیعی به طور گسترده برای صفحات عمودی ، افقی و اخیراً شیب دار بررسی شده است . یان (Yan) و سونگ (Soong) به صورت عددی تبخیر آب در طول یک صفحه گرمایی شیب دار را بررسی کرده اند . تاثیرات زاویه شیب ، شار گرمایی دیواره ، ضخامت فیلم درونی و سرعت جریان آزاد نجار روی انتقال ممنتوم ، گرما و جرم در سیستم توضیح داده شده است .مامو ( Mammou) یک تحقیق عددی برای انتقال گرما و جرم لامینار از یک صفحه صاف شیب دار با یک ناحیه خشک جا داده شده بین دو ناحیه مرطوب ارائه داده است .

آن ها اینگونه به نتیجه رسیده اند که زاویه شیب تاثیر کمی برروی اعداد ناسلت و شروود  محلی دارد . از طرف دیگر پروفایل های سرعت ، دما و غلظت بخار با درازای ناحیه خشک تاثیر به سزایی دارند . یک تجزیه و تحلیل با جزئیات عددی برای گرمای لایه ای و انتقال جرم در هوا برروی یک فیلم مایع ریزان با تعدادی اندازه گیری تجربی توسط تی سی (Tsay) به انجام رسیده است . نتایج آن ها نشان می دهد که خنک کردن فیلم مایع اساساً توسط انتقال گرمای نهان انجام شده است که با تبخیر فیلم مایع در ارتباط است . Tsay متوجه شد که جریان برگشتی در قسمت های مشخصی از جریان ممکن است نتیجه بخش باشد البته زمانی که دمای درونی مایع از دمای محیط بسیار بیشتر باشد، با یک تحقیق نسبتاً کوچک بروی سیستم های جریان داخلی ، چنگ (chang) یک تجزیه و تحلیل برای بررسی اثرات نفوذ همزمان گرما و جرم برروی مطالعه پیشرفت سرعت ، دما و غلظت در جریان کنوکسیون طبیعی مخلوط بخار آب و هوا در یک لوله عمودی محدود انجام داده است  برای مطالعه بالا بردن انتقال گرما در ضمن نفوذ جرم زمانی که نیروهای شناوری در جهت یکسان هستند و کاهش انتقال گرما هنگامی که در جهت مخالف هستند توجه ویژه ای شده است

موضوع گسترش کنوکسیون آزاد در یک کانال عمودی با یک نیروی شناوری معکوس توسط Lee مطالعه شده است . صفحه های کانال در سطحی با دمای یکنواخت حفظ شده بودند، که دمایش بیشتر از دمای محیط بود زمانی که یک گاز سنگین در میان صفحه متخلخلی آشکار شده بود . نتایج مشاهده شده اثرات نیروهای شناوری مخالف را روی پروفایل محوری سرعت روشن کرد . تطابق تقریبی میان پروفایلهای اندازه گیری دما و ادغام با پیشگویی های تئوریکی به وجود آمد . یان (Yan) و لین  (Lin) یک تجزیه و تحلیل عددی برای بررسی اثرات نهان انتقال گرما ، در ارتباط با تبخیر یک فیلم مایع محدود روی دیوارۀ کانال ، در هنگام انتقال گرمای جابه جایی و انتقال جرم ارائه کرده اند . تاثیرات دمای سیستم و نرخ جریان مایع روی انتقال ممنتوم ، گرما و جرم در هر دوی فیلم مایع و جریان گاز با جزئیات مطالعه شده است . yan و lin مشاهده کردند که تصور یک ضخامت زیاد برای فیلم نازک یک شرط محدود کننده است و فقط برای سیستمی معتبر است که نرخ جریان جرمی مایع کمی داشته باشد . اثرات انتقال گرمای تشعشعی در کانال ها به صورت گسترده بررسی شده است مخصوصاً برای کنوکسیون اجباری بدون انتقال جرم . تعدادی از این مطالعات دربارۀ سیالاتی است که در فرآیند تشعشع شرکت داشته اند . lin و sparrow یک مطالعه تئوریکی برای تعیین اثر تشعشع صفحات به عنوان جسم سیاه روی گرمای جابجایی سیال اجرا کردند که به عنوان یک واسطه انفرادی به حساب می آید . وقتی که یکی از دیواره های کانال گرم می شود. آن ها دریافتند که تبادل تشعشع سبب می شود که گرمای جابجایی بین دو دیوار تقسیم شود.فعل و انفعال کنوکسیون طبیعی با تشعشع گرمایی سطوح خاکستری در محفظه ای بسته و مربع شکل که با هوا پر شده است ، به صورت عددی توسط chong , Akiyama بررسی شده است . همه دیواره ها گسیلندۀ خاکستری و بازتابندۀ تشعشع می باشند . مشخص شد که حضور تشعشع صفحه ای عدد ناسلت جابجایی را تغییر می دهد و مقدار متوسط ناسلت تشعشع به سرعت با افزایش گسیلندگی بیشتر می گردد. از این نوشته اینگونه نتیجه گیری می شود که بعلت پیچیدگی وابستگی بین انتقال ممنتوم ، گرما و جرم در جریان ، فرضیات ساده کننده ای که از تحقیقات تئوریکی اولیه حاصل شده ، استفاده می شود .

فیلم مایع بسیار نازک فرض می شود . با این فرض ، انتقال در فیلم مایع با شرایط مرزی جریان گازی بررسی می شود  .
تقریب های لایه مرزی معمولاً استفاده می شوند . بنابراین موقعیت هایی که در جریان برگشتی روی می دهد قبلاً با جزئیات بررسی نشده است . یک تجزیه و تحلیل پیچیده تر از جریان بایستی انجام شود .
استفاده از تقریب Boussinesq (مشخصات ترموفیزیکی ثابت جز برای دانسیته در بحث شناوری و خطی سازی تنوع نیروی شتاوری با دما و غلظت ) . زمانی که سیستم در دمای بالا عمل می کند، این تقریب نامناسب می شود . همچنین لحاظ کردن شرایط انتقال گرمای تشعشعی مهم است .
دیگر اینکه شرایط مرزی دمایی معمولاً برای شرایط دمای ثابت دیواره لحاظ می شود . تنها تحقیقات کمی به مسئله ترکیب انتقال حرارت و جرم در صفحه ها پرداخته بودند ، جایی که دیواره های کانال در فلاکس های حرارتی مقرری حفظ می شوند .
اثرات تعدادی از پارامترهای مستقل بر خصوصیات انتقال جرم و حرارت توسط نویسنده های متفاوتی بررسی شده است، به عنوان مثال نرخ جریان سیال ، دمای دیواره و دمای محیط . سایرین به طور خلاصه یا حتی به اندازۀ شرایط فشار محیطی ، رفتار تشعشعی صفحات را مطالعه نکرده اند.

۲٫ تجزیه و تحلیل

تحقیق حاضر با یک مطالعه عددی راجع به انتقال همزمان جرم و حرارت توسط کنوکسیون طبیعی که توسط دو نیروی شناوری در یک کانال عمودی سر و کار دارد که در آن تقابل انتقال حرارت جابجایی و تشعشع وجود دارد . کانال مورد بررسی از دو صفحه موازی تشکیل شده است که به طور یکنواخت توسط فلاکس های فشرده ای گرم می شوند . صفحه اول (y=0) توسط یک فیلم بسیار نازک آب خیس می شود بنابراین می تواند به عنوان یک شرط مرزی برای انتقال جرم و حرارت لحاظ شود.  دومی ( y= 2d) خشک است . ( شکل ۱) . برای یک شار گرمای داده شده ، هوای مرطوب محیط توسط نیروهای شناوری گرمایی و شناوری انحلال (Solutal buoyancy) به داخل کانال کشیده می شود . زمانیکه دمای دیواه خشک از هوا بیشتر باشد، نیروهای شناوری نزدیک این صفحه به طرف بالا عمل می کنند و جریان گاز در این جهت رانده می شود . برای هوای داخل دیوارۀ مرطوب ، به علت نامشخص بودن توزیع دما در طول دیواره ، پیشگویی جهت جریان کاملاً پیچیده است و به شرایط دیواره و محیط بستگی دارد. برای یک شار حرارتی اجباری بزرگ تر ، دمای دیوارۀ مرطوب بیشتر از آن است که در محیط باشد و سیال در ناحیه مرزی ، همانطور که اشاره شد ، به طرف بالا حرکت داده می شود ، در حالیکه برای شار حرارتی کمتر ، تبخیر آب مقدار زیادی از انرژی حین انتقال پنهان آن را جذب می کند. قسمتی از این انرژی توسط منبع گرمایی تامین  می شود . قسمت دیگر توسط جریان گاز در طی افت محسوس گرما تامین می شود و سبب خنک کردن سیال داخل دیواره می گردد.

 دراین قسمت نیروی شناوری گرمایی به طرف پایین عمل می کند و سرعت ناحیه نزدیک به مرز را کاهش می دهد . برای شار گرمایی کمتر و دمای محیط بیشتر یک جریان برگشتی می تواند نزدیک دیواره مرطوب تولید شود . در این شرایط ما نیاز به حل کامل معادله ناویراستوکس برای دانستن ناحیه سرعت در کانال داریم .

در این مطالعه ، تنهابه قسمتی که نتیجه نیروهای شناوری است و در جهت بالا عمل می کند پرداخته می شود . جریان اجباری داخل کانال به عنوان جریان پایدار دو جهتی در نظر گرفته می شود . تقریب های لایه مرزی لامینار به حساب می آیند . فشردگی در نیروی شناوری به عنوان یک تابع خطی با دما و غلظت فرض می شود . هدایت گرمایی ، ویسکوزیته دینامیک و نفوذ جرم به عنوان متغیر در نظر گرفته می شوند و اثرات متقابل نفوذ جرم و انتقال گرما مورد توجه قرار نمی گیرند .

برای انتقال تشعشع ، فرضیات زیر در گرفته می شود :

هوا یک سیال غیر قابل استخراج (non particpating) در نظر گرفته می شود . این فرض برای غلظت کم بخار معتبر است .
صفحه ها کدر ، خاکستری ، گسیلنده و انعکاس دهندۀ پرتو با قابلیت تشعشع یکسان در نظر گرفته می شوند.
Both extremities در دمای T₀ محیط جسم سیاه محسوب می شوند .

انتقال گرما و جرم ایجاد شده توسط اثرات شناوری بوسیله معادلات زیر توصیف می شوند :

معادله پیوستگی :

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .