بررسی عددی الگوی جریان و میزان تغییر نرخ انتقال حرارت در لوله‌ها با موانع هرمی روبه‌جلو و روبه‌عقب

بهبود نرخ انتقال حرارت در لوله‌ها یکی از موضوعات کلاسیک مورد توجه محققین بوده است. در مطالعه حاضر با در نظر گرفتن موانع هرمی‌شکل روبه‌جلو و روبه‌عقب در مرکز لوله‌ها، به بررسی میزان کارآمدی این راهکار پرداخته شده است. بدین منظور با استفاده از روش‌های دینامیک سیالات محاسباتی بر پایه روش حجم محدود، هندسه‌های مورد نظر به صورت 3بعدی شبکه‌بندی شده است. بر این اساس با گسسته‌سازی معادلات حاکم بر مسئله (بقای جرم، مومنتوم و انرژی) با استفاده از روش‌های بادسو و تفاضل مرکزی، مجهولات مسئله (سرعت، دما و فشار) در بر روی شبکه ایجاد شده، مشخص و الگوی جریان سیال تعیین شده است. در ابتدای کار، نتایج عددی برای حالت پایه (لوله ساده بدون مانع) با حل‌های تحلیلی مقایسه شده که اختلاف اندک نتایج، صحت روش عددی را تایید کرده است. نتایج نشان داده است که اضافه کردن موانع هرمی مقادیر ضریب افت فشار در حالتهای روبه‌جلو و روبه‌عقب را به ترتیب به 163/0 و 335/0 افزایش داده است. این در حالی است که ضریب افت فشار حالت پایه برابر با 093/0 بوده است. از سوی دیگر، با توجه به اینکه نرخ انتقال حرارت نیز در هر دو حالت روبه‌جلو و روبه‌عقب نسبت به حالت پایه به ترتیب 31/1 و 70/2 برابر شده است، افزایش افت فشار با افزایش نرخ انتقال حرارت جبران شده است. در مجموع، در حالت روبه‌عقب و روبه‌جلو پارامتر بازده حرارتی به مقادیر 76/1 و 09/1 افزایش داشته که کارایی بهتر هندسه پیشنهاد شده نسبت به حالت پایه را نشان می‌دهد.