Παραμετρική μελέτη φαινομένων μεταφοράς προσπίπτουσων αξισυμμετρικών δεσμών σε επίπεδη επιφάνεια υπό κλίση

Abstract

Η παρούσα εργασία πραγματεύεται μια προσομοίωση του υπολογισμού της έντασης μετάδοσης θερμότητας από επίπεδη επιφάνεια κατά την πρόσπτωση σε αυτή αξισυμμετρικής δέσμης ρευστού. Το ρευστό της δέσμης είναι αέρας θερμοκρασίας 20 °C, ενώ στην επίπεδη επιφάνεια προσδίδεται σταθερό ποσό θερμορροής 2950 W/m2 Η προσομοίωση πραγματοποιείται με την χρησιμοποίηση του υπολογιστικού κώδικα ρευστοδυναμικής CFX-5.5.1. Αρχικά, υπολογίζεται η κατανομή των ταχυτήτων και του συντελεστή μετάδοσης θερμότητας για κάθετη πρόσπτωση της δέσμης στην επιφάνεια, που αποσκοπεί στην πιστοποίηση της εγκυρότητας των αποτελεσμάτων της συγκεκριμένης προσομοίωσης και της καταλληλότητας του χρησιμοποιούμενου μοντέλου τύρβης SST (Shear Stress Transport) για τέτοιου είδους ροές. Η πιστοποίηση βασίζεται στη σύγκριση με τα πιο αξιόπιστα διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης ήταν αρκετά κοντά στα πειραματικά δεδομένα και σαφώς καλύτερα άλλων προσομοιώσεων με μοντέλα τύρβης δύο εξισώσεων και ειδικά με το μοντέλο k -ε. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται μελέτη της επίδρασης της κλίσης της επιφάνειας πρόσπτωσης και της απόστασης του ακροφυσίου από την επιφάνεια στον τοπικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας. Όταν μια δέσμη ρευστού προσπίπτει σε μια επιφάνεια υπό κλίση τότε δημιουργείται μια ασύμμετρη θερμοκρασιακή κατανομή, λόγω του διαφορετικού τοπικού συντελεστή μετάδοσης θερμότητας που προκύπτει. Αυτή η ασυμμετρία βρέθηκε εντονότερη όσο αυξάνει η κλίση της επιφάνειας και όσο μειώνεται η απόσταση του ακροφυσίου από την στερεή επιφάνεια. Η απόσταση του ακροφυσίου από την επιφάνεια πρόσπτωσης είναι 2, 4 και 6 φορές την διάμετρο του ακροφυσίου, ενώ η κλίση της επιφάνειας λαμβάνει τις τιμές 15°, 30° και 45°. Ο αριθμός Re είναι 23000 για όλες τις περιπτώσεις. Ο μέγιστος τοπικός συντελεστής μετάδοσης θερμότητας Numax εμφανίζεται στην απόσταση ακροφυσίου - επιφάνειας πρόσπτωσης H/D=6 και για κλίση της επιφάνειας φ=15° και 30°.