بررسي عددي الگوي جريان و ميزان تغيير نرخ انتقال حرارت در لوله‌ها با موانع هرمي روبه‌جلو و روبه‌عقب

بهبود نرخ انتقال حرارت در لوله‌ها يكي از موضوعات كلاسيك مورد توجه محققين بوده است. در مطالعه حاضر با در نظر گرفتن موانع هرمي‌شكل روبه‌جلو و روبه‌عقب در مركز لوله‌ها، به بررسي ميزان كارآمدي اين راهكار پرداخته شده است. بدين منظور با استفاده از روش‌هاي ديناميك سيالات محاسباتي بر پايه روش حجم محدود، هندسه‌هاي مورد نظر به صورت 3بعدي شبكه‌بندي شده است. بر اين اساس با گسسته‌سازي معادلات حاكم بر مسئله (بقاي جرم، مومنتوم و انرژي) با استفاده از روش‌هاي بادسو و تفاضل مركزي، مجهولات مسئله (سرعت، دما و فشار) در بر روي شبكه ايجاد شده، مشخص و الگوي جريان سيال تعيين شده است. در ابتداي كار، نتايج عددي براي حالت پايه (لوله ساده بدون مانع) با حل‌هاي تحليلي مقايسه شده كه اختلاف اندك نتايج، صحت روش عددي را تأييد كرده است. نتايج نشان داده است كه اضافه كردن موانع هرمي مقادير ضريب افت فشار در حالتهاي روبه‌جلو و روبه‌عقب را به ترتيب به 163/0 و 335/0 افزايش داده است. اين در حالي است كه ضريب افت فشار حالت پايه برابر با 093/0 بوده است. از سوي ديگر، با توجه به اينكه نرخ انتقال حرارت نيز در هر دو حالت روبه‌جلو و روبه‌عقب نسبت به حالت پايه به ترتيب 31/1 و 70/2 برابر شده است، افزايش افت فشار با افزايش نرخ انتقال حرارت جبران شده است. در مجموع، در حالت روبه‌عقب و روبه‌جلو پارامتر بازده حرارتي به مقادير 76/1 و 09/1 افزايش داشته كه كارايي بهتر هندسه پيشنهاد شده نسبت به حالت پايه را نشان مي‌دهد.