文摘
非等温流动通过矩形渠道在一个圆形表面的影响下一个屏幕嵌入在通道中间的角度θ被认为是。通过COMSOL模拟进行多重物理量5.4实现了有限元法与最小二乘法的一个新兴技术过程加勒金的方法。空气作为工作流体取决于雷诺数与初始温度允许进入的入口通道。非等温流已被检查的帮助下雷诺数等参数,屏幕的角度,阻力系数的变化。结果的模式和速度场,压力,温度,传热系数和地方努塞尔特数在前面描述的表面循环障碍。温度和流量的上升表面的障碍已经决定对雷诺数增加。结果表明,速度大小减少了表面和压力增加表面的障碍。表面的压力循环障碍被发现的功能y设在和不显示任何影响由于阻力系数的变化。也,这是表明,温度对前面的圆形表面并不取决于屏幕的显示方向和阻力因素。传热系数降低,表明在对流传导过程控制过程。
1。介绍和文献综述
当任何类型的液体有一些初始速度和温度来罢工某种表面特别是圆形表面,将热量传递给/能源(根据速度和几个因素)表面上的行为在一个特定的模式或一定的振幅(1]。优化的温度和解释射流的行为和热参数,在当前的问题,我们将使用屏幕定居在某个角度,阻力系数和雷诺数。非等温流动通过圆形表面广泛的研究了几十年。所有研究都是关注最大化使用的温度分布的表面通过改变参数的问题(2,3]。广泛应用于加热循环障碍的应用代权力,热设备、电缆、核仪器和热分销商(4- - - - - -6]。很多研究人员和科学家把灯上研究流体流动和传热的循环障碍,其中的一些描述如下。
研究了非等温流动的空气圈(7)与雷诺数的范围从40到10000年通过将普朗特数为0.7使用商业软件流利。这些圆圈内联和交错安排,建议圈时的传热优化交错排列的模式。一个数值调查和隧道实验(8)被安排做串联气缸与圆形和椭圆轨道使用不同的雷诺数范围。基于努塞尔特数,得出的结论是,使用任何形状可以用作热交换器,但与椭圆形气缸更有效率。通过圆柱和采用柔性鳍,通过对流传热数值研究了(9独特的Re = 200]和公关= 0.7。他们采用伽辽金有限元法和semi-torsional类比法求解navier - stokes方程耦合能量方程和伯努利梁方程。发现与翅片的振动诱导圆柱后面涡旋脱落时,翅片的振动的增加,进一步提高对流传热。一个实验(10)进行测量传热和压降通过通道嵌入式的空心圆圈范围内雷诺数从6000年到27000年与2穿孔率。他们测量传导对流传热为主,即。,the global Nusselt number, and the friction factor is increased with the increase in pitch ratio. Most scientists are thinking that the constant thermal boundary conditions due to forced convection in the tube with a circle do not affect the heat transfer. A study [11与雷诺数的范围进行了Re < 3000拒绝索赔。发现不同的流体和热参数,他们拒绝索赔。一项研究[12)的流体流动行为,通过圆管的传热是通过引入新的阻力系数由努塞尔特数之间的比例和普朗特数。建议可能存在一个真实但强大的新的阻力系数之间存在的关系,质量,和传热关系研究提供的可能是至关重要的由于缺少信息努塞尔特和舍伍德数。计算和理论研究13)是理解的自由对流的传热和流体流动在圆筒的外表面存在下导电聚合物解决方案。发现韦森伯数的增加,有一个非常小的增量在温度但圆柱附近的流动逐渐加速。安排许多汽缸水平模式(14),一个新的相关性决定了自然和强制对流传热过程与广泛的分析研究。Von-Karman-Pohlhausen数值方法的影响(15,16]分析了流体流动和传热的前表面汽缸。单一的方法测试域以及将无限的圆柱体。巨大的研究完成,使用范围广泛的雷诺数和普朗特数,相关公式被发现之间的传热和阻力系数。压力和阻力系数的影响由于纵向两圆柱之间的距离的变化取决于几个实验(17,18在远程雷诺数的情况下。广泛的实验研究是由(19]调查当地压力系数和努塞尔特数圆柱表面的各种雷诺数下几个阻塞的变化比率。后来,这项研究被用来研究流体流动和传热的管银行汽缸。圆柱体的铜冷却的速率与实验是由(20.)与强制对流过程。作者还研究了不确定性对系统中温度分布的特点。与使用模型,数值时间和独立的研究是为了确定传热和流体通过一个圆柱体横向气流(21]。发现涡旋脱落只能观察到与长期有效的研究。分析牛顿的幂律流体在高雷诺数的影响下屏幕(22),发现表面上的圆柱,输出速度比流的输入速度保持不变和幂律指数”的比例增加而增加n。”也看到了改变屏幕的角度,没有显著的变化在圆柱表面的热性能。利用伽辽金有限元法的方案的流体通过半圆形缸研究[23)范围的雷诺数从100年到1500年。研究将水平和垂直模式的光流速度场以及压力,并解释说,两个漩涡和汽缸的后面生产的长度是雷诺数的函数。流体流动参数和流体的行为的影响下磁场对圆柱体的表面研究[24)的比率矩形通道之间的圆的直径1.6和4和斯图尔特数量小于5。他们扣除,再循环地区被视为最后的汽缸和斯图尔特建议关键号码保持圆柱体的表面阻力低。速度场的行为在循环障碍固定腔是由(25)与有限体积的多重网格技术的实现方法。再循环出现在汽缸的后面,和再循环的长度与流速的增加增加。对于有限体积方法,流体流动特性以及传热测定(26)当流体来罢工与循环障碍固定在一个矩形通道保持在50 - 180的范围。结果表明,温度分布,升力和阻力显示与雷诺数的提高直接回应。一个新兴技术(27开发被称为伽辽金的最小平方过程来解决所有类型的流体流动和传热问题与可压缩和不可压缩流体。根据他们的建议,如果假定navier - stokes方程的拟线性形式,就可以得到一般配方通过有限元方法得到熵变量速度、温度和压力。流体通过屏幕连接到中间的角度提出了由[28)给流向速度的出口渠道。解决方案被称为一个渐近解和简要介绍气流的特点在屏幕上通过矩形通道的影响。与实现[29日在有限元技术,工作流体的空气测试优化速度和阻力的影响下三个屏幕安排从-45度到45度。整个过程是模拟COMSOL多重物理量5.4,和结果证实可用的文学。是扣除清算更多的屏幕通道优化速度和阻力的通道。牛顿和非牛顿观察(30.)观察气流通过多孔板的修复幂律指数从0.7到1.3,雷诺数从1000年到10000年使用有限元包COMSOL多重物理量5.4。结果与文学中表现出极大的相似性,并进行参数研究清楚依赖的速度剖面和压力在雷诺数和幂律指数。使用屏幕边界条件在牢固的固定在中间的通道,一项研究[31日)是通过改变电阻系数从2到3和入口速度0.2米/秒到1米/秒流量最大化的退出渠道的伽辽金方法的方案。结果表明,流体粒子的速度也会增加通过增加阻力系数的屏幕。通过这种方式,许多应用程序可以看到线性和非线性科学的观察问题[32,33]当一个尽其所能实现管理的分析和数值解偏微分方程在各自的领域和地区。
在当前的问题,我们要专注于流体流动行为和传热表面的循环障碍的存在屏幕安排π/ 6,π/ 4,π/ 3的雷诺数从1000年到10000年使用不同的屏幕的阻力系数从1到3。结果通过伽辽金有限元法的最小平方方案,整个过程拍摄于COMSOL多重物理量5.4。问题是很新的,因为这里,我们正在观察的流体流动和传热循环障碍的穿孔屏幕的屏幕的方向以及阻力系数。通过图表给出的结果是,速度变化量的经验方程派生从入口到表面的循环障碍。问题,我们打算给最优解的速度场,温度和流体的压力相关参数用于当前的问题。
2。方法
2.1。频道的描述
选定的通道是矩形的几何与观察到的比例 长度,高度的通道。一个圆形的半径的障碍m是嵌入式的通道,通道的高度之间的纵横比通道的直径 。屏幕与可变电阻系数从来安装在中间的通道能够移动的角度π/ 6,π/ 4,π/ 3弧度(见图1)。屏幕的角度以顺时针方向垂直的线的中心通道。层流、稳态测试和牛顿流体流动通道的传热。为层流,平均速度取决于雷诺数设置为允许的进气通道和传热的初始温度 。通道的上部和下部的墙壁与滑移边界条件是完全绝缘,忽略粘性效应在墙上。然而,循环障碍将观察的热力和动力过程不是完全绝缘,但热通量 应用于计算传热系数和局部努塞尔特数前表面。
2.2。啮合几何
美丽的几个数值方法解决物理问题治理通过非线性偏微分方程,甚至对于耦合系统的观察整个域划分成小块称为元素。在第一步中,执政的偏微分方程转化为代数方程组与加权剩余过程。然后,这些套代数方程解出了每个元素。肯定,更大的元素的个数,过程会花费的时间和问题的收敛性很重要。在目前的问题,我们已经将整个领域的利益分成小的不规则三角形(见图2(一个)和2 (b))。在图2(一个),我们把粗网格的观点;在图2 (b),我们使用了细孔。此外,我们使用了更多的细孔,我们找到更敏感,例如,在循环障碍。共有2412个三角形元素被用于不同的领域和质量。给出了网格数据表1。
(一)
(b)
2.3。流体流动的控制方程和热运输
一组偏微分方程描述流体粒子的运动而接受通过任何媒介和具有粘性的影响被称为n - s方程。使用动量守恒定律和质量守恒定律,Navier - stokes方程导出了流体和乔治·加布里埃尔·纳维假设的总压力流体可以总结为速度场的梯度(扩散粘性)。方程是用来描述粒子的运动包含速度场、压力、粘度、密度条件。此外,navier - stokes方程抛物线和拥有强大的分析性质。
在目前的非等温流的问题,我们要模拟的层流流动和传热通过矩形通道连接的屏幕和一个循环障碍的通道。问题是稳态和动量方程和连续性方程离散的最小二乘有限元方法的过程。给出了动量和连续性方程如下: 在哪里液体的密度,的压力,是应力张量,速度场。
在我们的例子中,上、中、低,周围循环的障碍不会参加可视化粘性的影响,因为我们需要查看热量的分布和动力参数如速度和压力在墙上。为了这个目的,我们喜欢强迫滑移边界条件在所有上下墙这意味着这些墙将被限制在任何即时离开域。我们可以定义滑动边界如下:
这是速度场的法向量。
在我们的问题,优化可用的温度和比较文学,屏幕边界条件用于修复一个固体屏幕中间的通道。显示屏广泛应用从古代为了移动的方向流向最喜欢的一个。屏幕的主要功能是抑制速度场的水平分量,使电阻来创建有关湍流动能。我们可以定义屏幕边界条件如下:
在方程(3)- (5),是阻力系数范围在当前模拟的来和是当前仿真的折射系数和固定 。””和““订阅节目流的方向之前屏幕(上游)和之后屏幕(下游)方程(3)(5)。
热方程被广泛用于预测感兴趣的温度分布在该地区。特别是,它被公认为扩散方程。热方程的上下文中被广泛研究偏微分方程的相似之处与布莱克斯科尔斯等很多其他本构方程用于融资。它还可以用于理解像布朗运动随机漫步的添加。在考虑的问题,我们要优化温度分布的矩形板在屏幕的取向的影响下,雷诺数,阻力系数。热方程给出如下: 在哪里比热容(J / kg.K)在恒定的温度,绝对温度(K),是由传导热通量(W / m2),是导电传热系数(W / m2K),热源(W / m2)。
平均速度 允许输入的矩形通道入口的初始温度 = 293.15 K。在墙上,应用滑移边界条件和墙壁是完全绝缘 )所以,热不能转移跨越的边界。一个圆形的障碍是包围的热通量条件 。在得到结果后速度场,压力,温度分布,我们去收集信息的传热系数和当地努塞尔特数由以下关系的正面循环障碍。在这里,我们可以描述方程如下: 在哪里大部分温度,可以评估如下:
和传热系数后,我们将计算当地的努塞尔特数的关系如下:
3所示。验证和比较
之前讨论的结果模拟表面的非等温流动的障碍,我们要验证我们的结果通过比较流向速度提供的出口通道的长者[1959]发现屏幕的渐近解附加在一个角度在中间的矩形通道,建议以下关系。
在这里,U计算数值与加勒金的最小二乘法程序在当前仿真通过COMSOL多重物理量5.4。方程的表达式左边或右边叫做流向速度。在图3(一个)屏幕上的流向速度计算,但没有循环,障碍的出口渠道,我们发现我们的模拟显示良好的协议与渐近解。在计算速度回水区屏幕和循环障碍,渐近解显示良好的协议与微不足道的错误数值计算(见图3 (b))。
(一)
(b)
4所示。结果和讨论
当前问题的非等温流动通过矩形通道固定循环障碍的通道解决了伽辽金有限元法的最小平方方案,和整个过程的模拟进行了商业软件COMSOL多重物理量5.4。测试流体流动的雷诺数的参数研究来 ,保持阻力系数从1到3的屏幕,屏幕上是活动的特定角度π/ 6,π/ 4,π/ 3弧度。对于这个问题,我们会将结果通过插值图的速度大小,压力,温度,传热系数测量的局部努塞尔数的前表面修复任何两个循环障碍的三个参数和和屏幕的角度。我们还将描述结果的变化速度大小以及温度的变化的流体入口通道通过修复表面的阻力系数雷诺数对变量。虽然前面循环障碍是表面垂直测量,我们打算沿着呈现结果y设在。我们发现,我们选择的速度和压力等动态参数的功能垂直测量。当前的问题将帮助读者理解动力学和传热表面的循环障碍和优化的动态参数的帮助下 ,阻力系数 ,和屏幕的角度。
在数据4(一)和4 (b),我们提出了图的方向速度大小(米/秒)y设在前表面的障碍。下面的前表面是由两部分组成,中央线等 以上的中心线 在图4(一),速度场的模式表明,流体粒子的流量减少了循环障碍,增加表面的速度级以上的表面修复 和 。虽然通过改变屏幕的角度,但流量是几乎一致的前表面上的障碍。在图4 (b)检查,速度场的模式通过改变雷诺数从1000年到10000年在一个固定的角度π/ 6和 。图表表明,速度场的行为是相同的,但流量的液体颗粒雷诺数的增加而增加的固定角度和屏幕的阻力。很明显,粒子的流率是线性增加或减少正面的障碍的功能y设在。在图4 (c)粒子的速度大小,正面提出了解决屏幕上的角度π/ 6和 与屏幕的阻力的增加 来 。它描述了观测未能改变速度场的模式。因此,改变屏幕的面临阻力不给显著增加速度大小的情况下修复再保险和屏幕的角度。它补充说,所有的点在零速度把表面分成两部分。这是实际的小涡可能出现的位置。
(一)
(b)
(c)
在数据5(一个)- - - - - -5 (c),压力(Pa)是策划反对y设在循环障碍的前表面固定参数。图表表明,引人注目的前表面上的流体产量正压和负压高于或低于表面。这样允许流体流动的特性在某些方向吸引和合同。在图5(一个),压力是不同角度的屏幕绘制的修正雷诺数 和 。图表显示,在表面的中间压力是最大的。然而,改变屏幕的角度并不影响压力无关紧要的。在图5 (b),压力(Pa)为固定角度的正面π/ 6弧度 和增加雷诺数。情节表明雷诺数的提高产生一个高价值的压力更多的负面压力表面的障碍。在图5 (c),已被修复的角度检查的影响π/ 6弧度的初始值 。我们知道,即使是通过增加气孔的体积在屏幕上,增强压力不发生。因此,优化的压力在任何物体的表面是垂直运作,逐步优化与雷诺数的增加。
(一)
(b)
(c)
在工业领域,测量和控制对象的温度很重要在非等温流动的情况下被观察到屏幕的附件。在当前问题,圆形表面温度的分布是由三个参数的美德屏幕角度,屏幕的无因次数再保险公司和阻力。温度循环表面的模式已经被修复任何两个检查的三个参数。在数据6(一)- - - - - -6 (c),温度的分布在表面的障碍提出了通过图表。很明显的图形表面温度的分布几乎是非线性和出乎意料的改变的最低温度 的最高温度 的初始温度 这是允许进入的入口和空气与初始速度取决于雷诺数。
(一)
(b)
(c)
在图6(一)温度的分布详细通过改变屏幕的角度π/ 6,π/ 4,π/ 3常数雷诺数的弧度和最初的抵抗 。图表显示,表面温度的值总是更大的角度π/ 3度修正雷诺数的阻力系数 。表面的温度分布随雷诺数的增加的固定方向和电阻屏幕(见图6 (b))。表面可以得到最大的温度 和最低温度 。改变电阻值保持其他参数不变不给显著改变表面的温度(见图6 (c))。
传热系数可以被定义为热能传输单位面积单位温度的变化。它是用来测量导体进行热量的能力在任何液体接触固体在一定温度。传热系数越高,能力越大的固体进行热对流过程。在数据7(一)- - - - - -7 (c)在前线,传热系数计算的循环障碍。表面传热系数降低不断下降这意味着对流过程削弱表面的障碍。通过修复 和 ,传热系数降低,同样的速度下的所有角度的选择。相变低角π/ 3角的弧度和高π/ 6弧度(见图7(一))。传热系数显示了积极的关系与雷诺数的增加,使对流的过程(参见图快7 (b))。我们说对于一个特定的位置y在对流过程的循环障碍的改善 。在图7 (c)传热系数是表示正面的循环障碍的修复 和一个角度π/ 6弧度。传热系数显示了一个微不足道的变化改变的阻力系数的屏幕。为特定的阻力,降低了正面的循环障碍。
(一)
(b)
(c)
在任何的问题通过传热、流体传导和对流过程发生在同一时间。对流传热过程之间的比例导电过程称为努塞尔特数,无量纲。众所周知的层流努塞尔特数小于 ,但对于湍流,努塞尔特数之间不等来 。此外,如果努塞尔特数增加,这表明,对流的过程比导电的快,反之亦然。局部努塞尔数的计算提出了数字8(一个)- - - - - -8 (c)通过修复任何两个三个参数。当地努塞尔特数不断减少的正面循环障碍表明导电过程的控制。在图8(一个)检查,努塞尔特数的影响已经通过改变屏幕的角度。图表表明改变角度π/ 6弧度;对流过程可能会比在其他角度。总的来说,减少热传递的速度几乎是相同的角度。在图8 (b),当地努塞尔特数字计算与雷诺数的增加从1000年到10000年显示当地努塞尔特雷诺数增加。衰减的速率是不同的雷诺数,但雷诺数越高,衰减率越高。最后,当地的努塞尔特数已经检查通过改变电阻系数随着不断的再保险和屏幕的角度(见图8 (c))。图表显示,不会有显著的改善模式的努塞尔特数结果统治的传导过程在对流过程。
(一)
(b)
(c)
测试液体取决于雷诺数(重新)允许流过通道的入口,进入罢工前表面的通道。在这里,我们将目前的前表面上的平均速度的差异和初始速度 。数据9(一个)- - - - - -9 (c)目前的计算速度变化对再保险,表明粒子的流率的变化与雷诺数的函数线性增加的角度π/ 6,π/ 4,π用同样的速度/ 3弧度。因此,应用线性回归的过程,我们可以决定结果的线性回归直线速度变化量之间的线性方程连接和雷诺数,也就是说, 。
(一)
(b)
(c)
不同的表面平均温度的循环障碍和入口温度提出了锡数据10 ()- - - - - -10 (c)为屏幕固定角度的阻力在考虑。不同之处在于不断随雷诺数的增加对所有角度相同的范围。减少差异表明,平均温度增加正面的圆柱体。图形可以通过二次回归估计。在这里,我们运用二次回归估计的非线性方程与温度和雷诺数的变化。
(一)
(b)
(c)
5。结论
在当前模拟,层流,牛顿流体流动以及传热观察通过矩形通道与屏幕上循环障碍产生的比率1:1的高度和直径的圆。整个过程是通过COMSOL多重物理量5.4采用伽辽金的最小平方计划解决耦合系统由二维不可压缩n - s方程和热量。参数研究的范围是由和π/ 6≤θ≤π/ 3的阻力系数 。给出的结果是由图块固定的任意两个参数。结果证实使用相关包括入口速度、流的流速、阻力和屏幕的角度。相比之下,我们发现,我们取得了可靠的结果,推动我们的研究提出新的数值结果。速度大小、压力、温度、传热、和当地努塞尔特数计算的正面循环障碍。此外,速度大小和温度的上升从入口到表面的障碍是讨论的雷诺数。我们进行了以下结论:(1)速度大小的前表面上的障碍是线性递减的表面和增加在水面上的障碍。同时,通过改变屏幕的角度和阻力系数的屏幕,不会有重大变化模式的速度场。随着雷诺数的增加,速度级前的表面增加但移动上下表面相同的模式。(2)在压力的情况下,增加了上面的表面和增加表面的障碍。压力的功能y设在和行为作为一个抛物线路径前表面的障碍。屏幕的角度的变化和阻力系数,将没有变化模式的价值表达的压力;然而,积极的和消极的压力同时上方和下方发生障碍。随着雷诺数的增加,更多的负面价值上面创建压力和表面的障碍。(3)前表面的温度分布循环障碍的正面是非线性的和不可预知的方向。不会有重大变化通过改变屏幕的角度以及阻力系数的屏幕。尽管随着雷诺数的增加,物体的温度明显降低。(4)当地的传热系数是所有屏幕的角度减少连续相同的速率,但传热是最大的角π/ 6弧度。传热系数与雷诺数的增加改善了修复提供的角度和电阻屏幕。然而,随着不断的雷诺数和屏幕角度和改变的阻力,将没有改善传热系数。我们通常可以解释对流过程下降到地面的障碍。(5)当地努塞尔特数持续下降到上面的表面修复任何两个圆的三个参数。这意味着传导过程发生的速度比对流过程。随着雷诺数的增加,努塞尔特数增加的价值, ,液体将成为交通进入动荡。(6)从入口速度的变化的表面循环障碍与雷诺数的增加线性增加电阻的值。以下所有的角的增量是相同的观察。温度的变化从入口到表面的障碍是减少非线性对雷诺数的增加阻力屏幕下的观察。温度下降的特点表明,物体的表面平均温度增加。
数据可用性
没有数据被用来支持本研究。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究是由科学研究院长以来公主Nourah少女阿大学通过快速研究资助计划。