Υπολογιστική προσομείωση μεταφοράς θερμότητας - μάζας υγρών υμένων πάνω σε επίπεδες και περιοδικές επιφάνειες

Abstract

Μελετήθηκε υπολογιστικά η μετάδοση θερμότητας σε λεπτό υμένα υγρού πάνω από επίπεδες και περιοδικές επιφάνειες . Το φαινόμενο αυτό είναι ιδιαίτερης σημασίας , καθώς συναντάται σε πολλές πρακτικές εφαρμογές , όπως στα συστήματα ψύξης με απορρόφηση , στους κάθετους εξατμιστήρες και στη συμπύκνωση με άμεση επαφή ενός καθαρού ατμού σε ένα υπόψυκτο. υγρό . σύγκριση των ρυθμών μετάδοσης θερμότητας και μάζας σε επίπεδα και περιοδικά τοιχώματα θα αποτελούσε χρήσιμη συνιστώσα στη μεγιστοποίηση της απόδοσης αυτών των συσκευών . Καταστρώθηκε η εξίσωση συναγωγής - διάχυσης και συντάχθηκε κώδικας στη γλώσσα προγραμματισμού FORTRAN με τη μέθοδο πεπερασμένων διαφορών , για την επίλυση της . Για την περίπτωση κυματοειδούς τοιχώματος , η επίλυση πραγματοποιήθηκε μετατρέποντας το στρεβλωμένο πλέγμα - που δημιουργήθηκε στο ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων λόγω της μορφής του τοιχώματος και της ελεύθερης επιφάνειας - σε ορθογώνιο πλέγμα με τη χρήση καμπυλόγραμμων συντεταγμένων . Το πρόγραμμα ολοκληρώθηκε και ελέγχθηκε τόσο με βιβλιογραφικά αποτελέσματα όσο και με την ασυμπτωτική λύση που δίνει ορθά αποτελέσματα για μία μικρή περιοχή στην αρχή του τοιχώματος . Στη συνέχεια εξετάστηκαν για το επίπεδο τοίχωμα τα θερμοκρασιακά πεδία για σταθερή θερμοκρασία εισόδου του ρευστού 0 °C και σταθερή θερμοκρασία τοιχώματος 100 °C . Ερευνήθηκαν ροές με αριθμό Reynolds 10 και 180 , για μεγάλο και μηδενικό (αδιαβατική ελεύθερη επιφάνεια) συντελεστή συναγωγής του αερίου που περιβάλλει τον υγρό υμένα και για μήκος 10 και 60 cm , ώστε να είναι εμφανής η επίδραση της μεταφοράς θερμότητας από το τοίχωμα προς το ρευστό . Επίσης , εξετάστηκε η περίπτωση σταθερής θερμοκρασίας στην επιφάνεια του υγρού υμένα , καθώς η περίπτωση αυτή εμφανίζεται στη συμπύκνωση με άμεση επαφή . Στο κυματοειδές τοίχωμα , για μήκος κύματος 2 mm , μελετήθηκαν τα αδιάστατα πλάτη (ά = , όπου ά το αδιάστατο πλάτος, ατο διαστατικό πλάτος L· και L το μήκος κύματος) : 0.05 , 0.1 , 0.15 , 0.3 και 0.5 και οι παρακάτω αντιπροσωπευτικοί αριθμοί Reynolds : 80, 180 , 220 , 300 . Δημιουργήθηκαν διαγράμματα ισοθερμοκρασιακών καμπύλων για όλες τις περιπτώσεις του κυματοειδούς τοιχώματος με τη βοήθεια του προγράμματος MATLAB , ενώ όλα τα υπόλοιπα διαγράμματα , που παρατίθενται σε αυτή τη διπλωματική εργασία , επιτελέστηκαν με το πρόγραμμα EXCEL . επεξεργασία των αποτελεσμάτων έδειξε ότι οι ρυθμοί μετάδοσης θερμότητας μειώνονται όταν αντί για επίπεδο τοίχωμα υπάρχει κυματοειδές τοίχωμα . μείωση αυτή γίνεται πιο σημαντική όσο αυξάνεται το πλάτος κύματος του τοιχώματος , ενώ η σύγκριση ανάμεσα στους αριθμούς Reynolds οδήγησε στο συμπέρασμα πως σε μικρότερους αριθμούς Reynolds έχουμε μεγαλύτερους ρυθμούς μετάδοσης θερμότητας για το ίδιο πλάτος τοιχώματος .