پایان نامه ارشد: تحلیل پروفایل های مختلف فین با رسانش حرارتی وابسته به دما با روش های تحلیلی

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی مکانیک

گرایش :تبدیل انرژی

عنوان : تحلیل پروفایل های مختلف فین با رسانش حرارتی وابسته به دما با روش های تحلیلی

وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

موسسه آموزش عالی صنعتی مازندران

دانشکده مهندسی مکانیک

پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی

عنوان:

تحلیل پروفایل های مختلف فین با رسانش حرارتی وابسته به دما با روش های تحلیلی

استاد راهنما

دکتر داود دومیری گنجی

استاد مشاور

مهندس محسن  شیخ الاسلامی

                                                                              زمستان1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)چکیده: با توجه به اینکه انتقال حرارت کاربرد زیادی در رشته های مختلف علوم دارد، لازم است به دلیل محدودیت های فضایی و فیزیکی در سیستم های الکتریکی ، از سطوح گسترده فرورفته و یا برجسته استفاده شود . هدف اصلی استفاده از این سطوح، افزایش انتقال حرارت از طریق افزایش سطح است . در نتیجه بهترین سطح گسترده) فین) آن است که بیشترین انتقال حرارت یا به عبارتی بیشترین اختلاف دما را فراهم سازد . نکته بسیار مهم این است که در عمل، فین مناسب باید همزمان با قابلیت انتقال حرارت بالا که بستگی به جنس و شکل آن دارد، دارای کمترین مقدار ماده مصرفی باشد تا ساخت و در نتیجه کاربرد آن کمترین هزینه ممکن را داشته باشد . این دو نکته در مورد یک فین به صورت ساده قابل بررسی نیست، بلکه باید بهینه ترین حالتی را پیدا کرد که در آن این شرایط به طور همزمان لحاظ گردد.در این پایان نامه، فین هایی به شکل های مختلف با سطح پایه و طول ثابت  و همچنین فین مرطوب مورد بررسی قرار گرفته اند. معادله سطح جانبی و سطح مقطع فین به صورت توابعی تعریف شده اند که فین های گوناگونی را دربرمی گیرند. از طرفی ضریب انتقال حرارت هدایتی وابسته به دما در نظر گرفته شده و در طول فین با دما تغییر می کند. بعد از بی بعد سازی، معادله دیفرانسیل کلی یک بعدی که دارای درجه غیر خطی بالایی می باشد، به روش های گالرکین[1] وحداقل مربعات [2]و کالوکیشن[3] و تبدیل دیفرانسیل[4](  DTM)و آدومیان[5] حل و تحلیلی شده است. برای تحقیق صحت و دقت این حل، جواب ها در چند حالت خاص با جواب حاصل از حل عددی  مقایسه شده است.  بعد از بدست آوردن معادله دیفرانسیل دما و حل تحلیلی-پارامتریِ آن، معادله کلی دما حاصل گردید. این معادله به صورت پارامتری و برحسب متغیر مستقلِ طول، ضریب انتقال حرارت هدایتی، ضریب انتقال حرارت جابجایی از سطح فین و مهمتر از همه پارامتر نمایانگر پروفایل فین بیان شده است. از یافته ها این پایان نامه می توان  به تاثیر شیب تغییر ضریب انتقال حرارت هدایتی در  دما اشاره کرد که با افزایش آن ،دما افزایش پیدا می کند و همچنین با افزایش رطوبت نسبی در فین مرطوب  دما و بازده کاهش می یابد . واژه های کلیدی: فین-ضریب هدایتی وابسته به دما-روش تبدیل دیفرانسیل-روش آدومیان-روش حداقل مربعات     فهرست1      فصل اول 31-1          مقدمه.. 41-2          انواع فین.. 41-3          کاربرد فین ها.. 51-4          پیشینه موضوع.. 72      فصل دوم 102-1         روش گالرکین :.. 112-1-1      تعریف:.. 112-1-2      کارهای انجام شده با روش گالرکین:.. 122-2          روش کالوکیشن:.. 122-2-1      تعریف:.. 122-2-2      کارهای انجام شده:.. 132-3          روش حداقل مربعات:.. 132-3-1      تعریف:.. 132-3-2      کار انجام شده:.. 142-4          روش تبدیل دیفرانسیل:.. 152-4-1      تعریف:.. 152-4-2      کارهای انجام شده:.. 172-5          روش تجزیه آدومیان:.. 182-5-1      تعریف:.. 182-5-2      کارهای انجام شده:.. 192-6          بهینه سازی و طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ.. 203      فصل سوم 213-1          ضریب  هدایت حرارتی وابسته به دما:.. 223-1-1      بی بعد سازی:.. 233-1-2      فین مستطیلی شکل:.. 243-1-3      فین نمایی:.. 253-1-4      فین محدب:.. 253-1-5      شرایط مرزی :.. 263-2          ضریب  انتقال حرارت وابسته به دما:.. 273-3          با تولیدگرمای داخلی:.. 293-3-1      فین با تولید حرارت داخلی وابسته به دما و ضریب هدایت حرارتی ثابت:   303-3-2      ضریب حرارتی فین و حرارت تولید شده داخلی را وابسته به دما :   303-4          فین حلقوی با پروفیل های مختلف:.. 313-5          فین متخلخل با سطح مقطع مثلثی :.. 353-6          فین شعاعی همراه با انتقال حرارت تابشی:.. 383-7          فین مرطوب:.. 393-8          فین های طولی در حالت گذرا:.. 434      فصل چهارم 464-1          فین با ضریب هدایتی وابسته.. 474-1-1      فین مستطیلی:.. 474-1-2      فین نمایی.. 514-1-3      فین محدب.. 554-1-4      روش تبدیل دیفرانسیل(DTM):.. 654-1-5      فین نمایی:.. 684-1-6      فین محدب:.. 714-2          ضریب  انتقال حرارت وابسته به دما:.. 774-3          فین با تولیدگرمای داخلی:.. 884-3-1      حالت اول ضریب حرارتی ثابت و حرارت تولید شده داخلی  وابسته به دما :   884-3-2      حالت دوم ضریب حرارتی  و حرارت تولید شده داخلی  وابسته به دما :   914-4          فین حلقوی با پروفیل های مختلف:.. 964-5          فین متخلخل با سطح مقطع مثلثی :.. 1034-6          فین شعاعی همراه با انتقال حرارت تابشی:.. 1104-7          فین مرطوب:.. 1154-8          فین طولی در حالت گذرا:.. 1205      فصل پنجم 1255-1          جمع بندی نتایج:.. 1265-2          ارائه پیشنهادات.. 1276      مراجع 128    فهرست اشکال:شکل(‏1‑1):فین های سوزنی: الف- استوانه ای  ب- سهمی کوژ    ج- سهموی کاو    د- مثلثی 5شکل(‏1‑2):هشت نمونه از لوله های فین دار 6شکل(‏1‑3):نمایشی از انواع لوله های فین دار از داخل 6شکل(‏3‑1):موازنه انرژی برای سطح گسترش یافته 22شکل(‏3‑2):فین مستطیلی 24شکل(‏3‑3):فین با پروفیل نمایی 25شکل(‏3‑4):فین محدب 25شکل(‏3‑5):فین یک بعدی 27شکل(‏3‑6):فین  یک بعدی 29شکل(‏3‑7):انواع پروفیل های  فین حلقوی 31شکل(‏3‑8):فین متخلخل مثلثی 35شکل(‏3‑9):فین شعاعی 38شکل(‏3‑10):فین مرطوب 39شکل(‏4‑1):فین مستطیلی 47شکل(‏4‑2):تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین مستطیلی 50شکل(‏4‑3):فین نمایی 51شکل(‏4‑4):تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین نمایی 55شکل(‏4‑5):فین محدب 55شکل(‏4‑6):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین محدب 65شکل(‏4‑7):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین مستطیل 68شکل(‏4‑8):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین نمایی 71شکل(‏4‑9):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین محدب 74شکل(‏4‑10):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین مستطیل 75شکل(‏4‑11):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین نمایی 75شکل(‏4‑12):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین محدب 76شکل(‏4‑13):مقایسه حل عددی و تبدیل دیفرانسیل توزیع دما برای حالت ........... 79شکل(‏4‑14):مقایسه حل عددی و تبدیل دیفرانسیل توزیع دما برای حالت ............ 80شکل(‏4‑15):تاثیر روی توزیع دما در حالت ...... 80شکل(‏4‑16):تاثیر روی توزیع دما در حالت ....... 81شکل(‏4‑17):تاثیر  روی توزیع دما حالت ........ 82شکل(‏4‑18):تاثیر روی توزیع دما حالت ....... 82شکل(‏4‑19):نمودار باقیمانده ها برای بازده 84شکل(‏4‑20): تاثیر پارامتر  بر بازده 84شکل(‏4‑21): تاثیر پارامتر  بر بازده 85شکل(‏4‑22):تاثیر  و روی بازده در حالت ... 86شکل(‏4‑23):تاثیر  و روی بازده در حالت .. 86شکل(‏4‑24):توزیع دمای فین با تولید گرمای داخلی وابسته به دما و ضریب هدایت حرارتی ثابت برای .. 90شکل(‏4‑25): توزیع دمای فین با تولید گرمای داخلی وابسته به دما و ضریب هدایت حرارتی ثابت برای ... 91شکل(‏4‑26): توزیع دمای فین با تولید گرمای داخلی و ضریب هدایت حرارتی وابسته به دما 95شکل(‏4‑27): توزیع دمای فین با تولید گرمای داخلی و ضریب هدایت حرارتی وابسته به دما 95شکل(‏4‑28): اثر شکل های مختلف برای فین متخلخل از جنس آلومنیوم(Al) بر روی توزیع دما 98شکل(‏4‑29): اثر شکل های مختلف برای فین متخلخل از جنس سیلیکون کاربید(SIC)بر روی توزیع دما 99شکل(‏4‑30): اثر شکل های مختلف برای فین متخلخل از جنس مس(Cu) بر روی توزیع دما 100شکل(‏4‑31):اثر مواد متخلل برای فین حلقوی با پروفیل نمایی روی توزیع دما 100شکل(‏4‑32):اثر مواد متخلل برای فین حلقوی با پروفیل محدب روی توزیع دما 101شکل(‏4‑33):اثر مواد متخلل برای فین حلقوی مستطیلی شکل روی توزیع دما 101شکل(‏4‑34):نمودار توزیع دما با روش تبدیل دیفرانسیل برای مقادیر مختلف پارامتر در مقایسه با حل عددی 106شکل(‏4‑35):اثر نمودار توزیع دما با روش تبدیل دیفرانسیل برای مقادیر مختلف پارامتر تابشی- هدایتی 106شکل(‏4‑36):اثر نمودار توزیع دما با روش تبدیل دیفرانسیل برای مقادیر مختلف پارامتر تابشی در مقایسه با حل عددی 107شکل(‏4‑37):اثر نمودار توزیع دما با روش تبدیل دیفرانسیل برای مقادیر مختلف پارامترهدایتی در مقایسه با حل عددی 108شکل(‏4‑38):اثر نمودار توزیع دما با روش تبدیل دیفرانسیل برای مقادیر مختلف پارامترتخلخل در مقایسه با حل عددی 109شکل(‏4‑39)نمودار بازده فین با روش تبدیل دیفرانسیل 109شکل(‏4‑40):نمودار توزیع دما برای حالت ......... 111شکل(‏4‑41)نمودار توزیع دما برای حالت ........ 112شکل(‏4‑42)نمودار توزیع دما برای حالت ....... 112شکل(‏4‑43):نمودار توزیع دما برای حالت ........ 113شکل(‏4‑44):نمودار توزیع دما برای حالت ......... 114شکل(‏4‑45):نمودار توزیع دما برای حالت ....... 114شکل(‏4‑46): نمودار توزیع دما در فین مرطوب برای رطوبت نسبی مختلف و      118شکل(‏4‑47):نمودار توزیع دما در فین مرطوب برای رطوبت نسبی مختلف و     119شکل(‏4‑48): نمودار  بازده فین و مقایسه آن با حل عددی 119شکل(‏4‑49): نمودار توزیع دما در فین مستطیلی در حالت .......... 122شکل(‏4‑50): نمودار توزیع دما در فین مستطیلی برای مقادیر مختلف  در حالت .......... 122شکل(‏4‑51):نمودار توزیع دما در فین مستطیلی برای مقادیر مختلف  در حالت ........... 123شکل(‏4‑52):نمودار توزیع دما  سه بعدی در فین مستطیلی در حالت            124     فهرست جداول:جدول(‏2‑1):تابع تبدیل دیفرانسیل[25] 15جدول(‏2‑2):تابع تبدیل دیفرانسیل دو بعدی[26] 16جدول(‏4‑1):بازده فین برای پروفیل های مستطیلی ، نمایی و محدب 76جدول(‏4‑2):بازده فین با ضریب انتقال حرارت وابسته به دما برای مختلف 83جدول(‏4‑3):بازده فین با ضریب انتقال حرارت وابسته به دما برای  مختلف 83جدول(‏4‑4):مطلوبیت سنجی فاکتورها و بهینه ترین مقادیر 87جدول(‏4‑5):بازده فین با تولید گرمای داخلی وابسته به دما و ضریب هدایت حرارتی ثابت 96جدول(‏4‑6):خواص فیزیکی مواد 97جدول(‏4‑7):گرمای بی بعد پروفیل های مثلثی ، نمایی و محدب 102           فهرست علائم:
aتوان ثابت نمایی
Acتابع سطح مقطع بی بعد -
ADMروش آدومیان
Asتابع سطح جانبی بی بعد -
bپارامتر نمایانگر شکل فین
Cpگرمای ویژه
Daعدد دارسی
DTMروش تبدیل دیفرانسیل
f(s)یک تابع تحلیلی خطی معلوم
hضریب انتقال حرارت جابجایی-
kضریب انتقال حرارت هدایتی در دمای پایه-
Lطولِ فین
L(u)قسمت خطی معادله دیفرانسیل
L(u0)قسمت خطی معادله دیفرانسیل در پایه فین
LSMروش حداقل مربعات
nتوان
N(u)قسمت غیرخطی معادله دیفرانسیل
qانتقال حرارت رسانشی-
Qتابع انتقال حرارت بی بعد فین-
Qa انتقال حرارت بی بعد در پایه-
Qcondانتقال حرارت هدایتی-
Qconvانتقال حرارت جابجایی -
R شعاع بی بعد
rشعاع فین-
raشعاع انتهای فین -
Raعدد رایلی
rbشعاع پایه فین -
 
Tتابع توزیع دما-
Taدمای محیط  -
Tbدمای پایه فین -
tbضخامت پایه-m
Tsدمای محیط-K
uمعادله دیفرانسیل معمولی یک بعدی
Wiتابع وزن
Xمتغیر مستقل طول بی بعد
حروف یونانی
رسانش بی بعد
شیب تغییر ضریب انتقال حرارت رسانش وابسته به دما
بازده فین
 تابع دمای بی بعد
چگالی-
رطوبت ویژه –هوای خشک / بخار
ضخامت بی بعد
  
  
  
  
  
  
  
  
         
  
  
   

1     فصل اول

معرفی انواع فین و کاربرد آنها  

1-1 مقدمه

 فین ها سطوح گسترش یافته ای هستند که معمولاً به منظور افزایش سطح انتقال حرارت به کار می روند.واژه سطح گسترش یافته معمولاً برای نمایش حالت خاصی به کار می رود که در آن انتقال گرمای رسانشی در داخل جسم و انتقال گرمای جابجایی (یا تشعشعی) از مرزهای آن روی می دهد.ترکیب انتقال حرارت رسانشی و جابجایی در بسیاری از موارد روی می دهد. اما بیشترین کاربرد آن درحالتی است که برای تقویت انتقال حرارت بین یک جسم و سیال مجاور آن به کار می رود. معمولاً سه راه برای افزایش انتقال حرارت وجود دارد:
  • افزایش سرعت سیال
  • کاهش دمای محیط(افزایش اختلاف دمای محیط و جسم)
  • افزایش سطحی که از آن حرارت انتقال می یابد.
در توضیح مورد اول باید دقت کرد که افزایش سرعت سیال موجب افزایش ضریب جابجایی می شود، ولی در بعضی موارد هزینه های مربوط به افزایش ضریب جابجایی خود مانعی برای عملی شدن طرح است)این هزینه ها مربوط به دمنده ها و یا پمپ هایی می شوند که با افزایش حرکت سیال، ضریب جابجایی را افزایش می دهند.(راه دوم جهت افزایش انتقال حرارت مربوط به کاهش دمای محیط است که اغلب غیرعملی بوده و بنابراین بهترین روش همان افزایش مساحت سطحی است که از آن انتقال گرما رخ می دهد. با افزایش مساحت سطحی که جابجایی در آن روی می دهد می توان آهنگ انتقال حرارت را افزایش داد. این کار را با استفاده از فین هایی که از دیوار به داخل سیال اطراف گسترش یافته اند می توان انجام داد. رسانندگی گرمایی فین تاثیر زیادی بر توزیع دما در امتداد فین دارد و بنابراین بر مقدار افزایش آهنگ انتقال گرما تاثیر می گذارد. در حالت ایده آل، فین باید دارای رسانندگی گرمایی بزرگی باشد تا تغییرات دما از پایه فین تا نوک آن به حداقل برسد. در حالت حدی رسانندگی گرمایی بینهایت، تمام فین در دمای سطح پایه قرار دارد، و لذا افزایش انتقال گرما به ماکسیمم مقدار ممکن می رسد.[1] Galerkin Method[2] Least-Squares Method[3] Collocation Method[4] Differential Transformation Method (DTM)[5] Adomian Methodتعداد صفحه : 136قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید