دراسة عملية ونظرية لمعامل انتقال الحرارة لجريان ثلاثي الأطوار (ماء-كازأويل-هواء) على أضلع بداخل قناة عمودية مستطيلة
رسالة مقدمة إلى كلية الهندسة في جامعة بابل وهي جزء من متطلبات نيل شهادة الماجستيرفي الهندسة الميكانيكية (القدرة) من قبل حسنين جاسم موسى الورد وبأشراف أ.م. د. رياض صباح الطريحي.
الهدف الرئيسي من هذا العمل هو دراسة انتقال الحرارة من خلال حساب معامل انتقال الحرارة المحلي لجريان ثلاثي الأطوار (سائل - سائل - غاز) بداخل قناة مستطيلة عموديه ابعادها من الداخل (80 × 30 × 700 mm) مصنوعة من لوح البيرسبيكس ذو سمك (10 mm) مع استخدام أضلاع (عوائق) مثلثة الشكل مصنوعة من الألمنيوم ذات أبعاد متناسقة مع القناة. تم تصميم منظومة مختبريه لأجراء التجارب في مختبرات كلية الهندسة في جامعة بابل. أجريت التجارب تحت الظروف البيئية الطبيعية في المختبر باستخدام الماء كطور سائل (طور مستمر)، الكازأويل كطور سائل (طور متناثر) والهواء كطور غاز (طور متناثر)، مديات السرع السطحية للأطوار كانت للماء (0.16 - 0.68 m/s)، للكازاويل (0.13 - 0.65 m/s)، للهواء (1.33 -4.01 m/s) حيث ان الجريان يكون بالتعاقب ماء-كازأويل-هواء. بالإضافة الى استخدام مسخن كهربائي مثبت على سطح الاضلاع من الخارج، عدد اثنين أصبعي الشكل لغرض تسليط تدفق حراري ثابت والذي يتراوح من 11278.195 W/m2 الى 15037.593 W/m2. تم استخدام كاميرا تصوير لغرض الحصول على سلوك الجريان. تم دراسة السرع السطحية لكل من الأطوار الثلاث وفحص تأثيرها على انتقال الحرارة. أيضا تم فحص تأثير شكل الضلع على انتقال الحرارة. تبين من النتائج العملية بأن معامل انتقال الحرارة المحلي يزداد بزيادة السرع السطحية للأطوار الثلاث.
تم أنجاز المحاكاة العددية باستخدام ديناميكية الموائع الحسابية (CFD) في برنامج فلونت 15.0 (FLUENT) لنمذجة توزيع درجات الحرارة بتطبيق نموذج الخليط بالاستناد الى مبدأ اويلر – اويلر. تم استخدام برنامج السولد ورك 2013 (Solid Work) لرسم الشكل الهندسي لنموذج الاختبار. النتائج النظرية قورنت مع النتائج العملية حيث المقارنة كانت جيدة.
عمليا ونظريا عند حرارة تدفق منتظمة (11278.195 W/m2) معامل انتقال الحرارة المحلي تحسن بنسبة (48.5 %, 49.8 %) على التوالي عند زيادة سرعة الماء السطحية من 0.32 m/ s الى0.68 m/s ، تحسن بنسبة (35.8 %, 36.1 %) على التوالي عند زيادة السرعة السطحية للكازاويل من 0.13 m/s الى 0.65 m/s ، تحسن بنسبة (20.1 %,18.0 %) على التوالي عند زيادة سرعة الهواء السطحية من 1.33 m/s الى 4.01 m/s.
أخيرا تم اجراء دراسة عددية لمعرفة الأضلاع الأكثر فعالية مع انتقال الحرارة من خلال دراسة معاملات الخشونة مثل ارتفاع الضلع (e)، خطوة الضلع (p) من خلال دراسة العلاقات اللابعدية مثل ارتفاع الضلع الى القطر الهيدروليكي للقناة (e/Dh) وخطوة الضلع الى ارتفاع الضلع (p/e) باستخدام ديناميكية الموائع الحسابية (CFD) في برنامج فلونت 15.0 (FLUENT). بينت النتائج عند نقصان العلاقة (e/Dh) من 0.183 الى 0.091 مع حرارة تدفق ثابته (11278.195 W/m2) تؤدي الي تحسين معامل انتقال الحرارة المحلي بنسبة51.7 % عندما سرعة الماء السطحية تزداد من 0.32 m/ s الى0.68 m/s ، تحسن بنسبة 50.1 % عندما سرعة الكازأويل السطحية تزداد من 0.13 m/s الى 0.65 m/s ، تحسن بنسبة 22.9 % عندما سرعة الهواء السطحية تزداد من 1.33 m/s الى 4.01 m/s. بلأضافة الى أنه عند زيادة العلاقة (p/e) من 2.538 الى 6.346 مع حرارة تدفق ثابته (11278.195 W/m2) تؤدي الي تحسين معامل انتقال الحرارة المحلي بنسبة 59.3 % عندما سرعة الماء السطحية تزداد من 0.32 m/ s الى0.68 m/s ، تحسن بنسبة 54.2 % عندما سرعة الكازأويل السطحية تزداد من 0.13 m/s الى 0.65 m/s ، تحسن بنسبة 25.2 % عندما سرعة الهواء السطحية تزداد من 1.33 m/s الى 4.01 m/s.
وفاء هاشم الحسيني