بررسي جريان آرام سيال در خمهاي با مقطع مربعي- مستطيلي

Laminar Flow Analysis in the Channel Bends

در اين مقاله جريان آرام سيال در خمهاي مختلف در يك كانال با سطح مقطع مربع-مستطيل به صورت عددي شبيه‌سازي شده است. در شبيه‌سازي جريان در اين خمها نقش زاويه خم و ابعاد سطح مقطع از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. براي شبيه‌سازي جريان معادلات پيوستگي و ممنتوم در دستگاه مختصات منطبق بر بدنه حل شده‌اند. براي حل معادلات سه بعدي منطبق بر مرز يك برنامه رايانه‌اي تهيه شده است. نتايج عددي به دست آمده با نتايج تحليلي يك محفظه مربعي و نتايج تجربي موجود در يك خم 90 درجه با مقطع مربعي، تطابق خوبي داشته كه دقت روش عددي به كار رفته را نشان مي‌دهد. پس از حصول اطمينان از كارايي برنامه رايانه‌اي آن را براي بررسي الگوي جريان و تأثير پارامترهاي هندسي، به خصوص نقش نسـبت اضـلاع مقـطع بر روي جريان براي خم 90 درجه اجرا كرديـم. نتايج عددي حاصل پديده‌هاي عبور جريان سيال از يك مقطع به مقطع ديگر و نقش آنها در ميزان افت فشار را نشان مي‌دهند. همين بررسي را در خمهاي مختلف با زواياي 30، 60، 120، 150 و 180 درجه انجام داده و مقدار افت آنها را با افت يك خم 90 درجه در شرايط مشابه مقايسه كرديم. نتايج نشان دهنده اين هستند كه با افزايش زاويه خم به بيش از 90 درجه ميزان افت مربوطه هم افزايش مي‌يابد و با كاهش آن به كمتر از 90 درجه افت مربوطه نيز كاهش مي‌يابد. اين يافته‌ها با نتايج تجربي موجود تطابق خوبي را نشان مي‌دهند

In this paper the laminar flow in the rectangular channel bends is simulated using numerical techniques. The turning angle of the channel bend and the area ratio of the channel cross-section are two important parameters to be examined. For flow simulation, the body fitted 3-D continuity and momentum equations are used and a body fitted general purpose code is developed. The existing results of a tied-diriven cavity and the experimental results from a 90 degree square bend were used for code validation. After the code validation, the effect of the area change in the 90 degree bend is examined. The numerical results indicated that increasing the area causes changes in the flow pattern, in turn, which has a direct impact on pressure drop. Similar results were obtained for other bend angles including 30, 60, 120, 150 and 180 degree bends. The results showed that increased bend turning angle increases the pressure drop which is in good agreement with existing experimental data.