بررسي آزمايشگاهي عدم تشابه انتقال حرارت و انتقال ممنتوم در لايه مرزي تحريك شده به كمك روش طراحي آزمايش

Experimental Investigation of dissimilarity between heat transfer and momentum transfer in a disturbed boundary layer using design of experiments method

در تحقيقات پيش از اين، مطالعه جامع آزمايشگاهي كه، اثر تمام متغيرهاي موثر و تقابل آن ها را بر ميزان عدم تشابه ممنتوم و انتقال حرارت صفحه تخت در حضور مانع بررسي نمايد، صورت نگرفته است. اگرچه الگوي استفاده از مانع در نزديكي صفحه تخت جهت افزايش انتقال حرارت در مبدل ها و تمايل محققين جهت دريافت اطلاعات كامل در زمينه عوامل ايجاد عدم تشابه، باعث تحقيقات فراواني در اين زمينه شده بود. از طرفي، با حضور مانع مستطيلي در نزديكي صفحه تخت، ضريب انتقال حرارت و ضريب اصطكاك، تحت تاثير عواملي مختلفي قرار مي گيرد كه بررسي تمام تقابل هاي بين متغيرها، با توجه به بازه تغييرات آن ها، بصورت آزمايشگاهي امكان پذير نمي باشد. در اين مقاله، ماكزيمم و مينيمم مقدار ضرايب اصطكاك و انتقال حرارت به ازاي تمام تركيب هاي ممكن براي متغيرهاي مستقل تعيين شدند تا حداقل و حداكثر ميزان عدم تشابه ممنتوم و انتقال حرارت مشخص شوند و وجود عدم تشابه، در ميان تركيب هاي متغيرهاي مستقل، بررسي گردد. بدين منظور با توجه به تعدد متغيرها و بازه تغييرات آنها، ابتدا با استفاده از روش طراحي آزمايش ها، تعداد آزمايش ها كاهش يافته است بدون اينكه اطلاعات اساسي حذف شود. سپس آزمايش ها در يك تونل باد آزمايشگاهي كه داراي حداكثر سرعت 13 متر بر ثانيه مي باشد انجام گرفت و در آخرين مرحله، با استفاده از روش تاگوچي، حداكثر و حداقل مقادير ضرايب اصطكاك و انتقال حرارت تعيين گرديدند. نتايج نشان مي دهد عدم تشابه ممنتوم و انتقال حرارت به ازاي تمام تركيب هاي ممكن براي متغيرهاي مستقل وجود دارد.

In previous studies, there has been no comprehensive experimental study to evaluate dissimilarity between heat transfer and momentum transfer for all the interactions between effective variables. On the other hand, when a rectangular cylinder is located near a flat plate, skin friction coefficient and heat transfer coefficient affect some variables that change in an extensive range. So, testing all possible combinations of effective variables is not reasonable. In this paper, maximum and minimum of skin friction coefficients and heat transfer coefficients were determined using robust Taguchi design. Design of experiments method was applied for decreasing the number of experiments without losing the required information in the first step. Then, experiments were performed in a wind tunnel, the maximum speed of which was 13 m/s. Finally, skin friction coefficient and heat transfer coefficient were optimized using Taguchi method and Minitab software. Results showed that dissimilarity between heat transfer and momentum transfer occurred for all the possible combinations of the effective variables. Additionally, the gap height between the rectangular cylinder and flat plate was the most effective variable on generating the dissimilarity.