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 اینكه انتقال حرارت كاربرد زیادی در رشته های مختلف علوم دارد، لازم است به دلیل محدودیت های فضایی و فیزیكی در سیستم های الكتریكی ، 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 كه بیشترین انتقال حرارت یا به عبارتی بیشترین اختلاف دما را فراهم سازد . نكته بسیار مهم این است كه در عمل، فین مناسب باید همزمان با قابلیت انتقال حرارت بالا كه بستگی به جنس و شكل آن دارد، دارای كمترین مقدار ماده مصرفی باشد تا ساخت و در نتیجه كاربرد آن كمترین هزینه ممكن را داشته باشد . این دو نكته در مورد یك فین به صورت ساده قابل بررسی نیست، بلكه باید بهینه ترین حالتی را پیدا كرد كه در آن این شرایط به طور همزمان لحاظ گردد.

در این پایان نامه، فین هایی به شكل 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 كه 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 كند. بعد از بی بعد سازی، معادله دیفرانسیل كلی یك بعدی كه 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 كلی 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

 

 

 

 

 

فهرست

1      فصل اول 3

1-1          مقدمه.. 4

1-2          انواع فین.. 4

1-3          كاربرد فین ها.. 5

1-4          پیشینه موضوع.. 7

2      فصل دوم 10

2-1         روش گالرکین :.. 11

2-1-1      تعریف:.. 11

2-1-2      کارهای انجام شده با روش گالرکین:.. 12

2-2          روش کالوکیشن:.. 12

2-2-1      تعریف:.. 12

2-2-2      کارهای انجام شده:.. 13

2-3          روش حداقل مربعات:.. 13

2-3-1      تعریف:.. 13

2-3-2      کار انجام شده:.. 14

2-4          روش تبدیل دیفرانسیل:.. 15

2-4-1      تعریف:.. 15

2-4-2      کارهای انجام شده:.. 17

2-5          روش تجزیه آدومیان:.. 18

2-5-1      تعریف:.. 18

2-5-2      کارهای انجام شده:.. 19

2-6          بهینه سازی و طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ.. 20

3      فصل سوم 21

3-1          ضریب  هدایت حرارتی وابسته به دما:.. 22

3-1-1      بی بعد سازی:.. 23

3-1-2      فین مستطیلی شکل:.. 24

3-1-3      فین نمایی:.. 25

3-1-4      فین محدب:.. 25

3-1-5      شرایط مرزی :.. 26

3-2          ضریب  انتقال حرارت وابسته به دما:.. 27

3-3          با تولیدگرمای داخلی:.. 29

3-3-1      فین با تولید حرارت داخلی وابسته به دما و ضریب هدایت حرارتی ثابت:   30

3-3-2      ضریب حرارتی فین و حرارت تولید شده داخلی را وابسته به دما :   30

3-4          فین حلقوی با پروفیل های مختلف:.. 31

3-5          فین متخلخل با سطح مقطع مثلثی :.. 35

3-6          فین شعاعی همراه با انتقال حرارت تابشی:.. 38

3-7          فین مرطوب:.. 39

3-8          فین های طولی در حالت گذرا:.. 43

4      فصل چهارم 46

4-1          فین با ضریب هدایتی وابسته.. 47

4-1-1      فین مستطیلی:.. 47

4-1-2      فین نمایی.. 51

4-1-3      فین محدب.. 55

4-1-4      روش تبدیل دیفرانسیل(DTM):.. 65

4-1-5      فین نمایی:.. 68

4-1-6      فین محدب:.. 71

4-2          ضریب  انتقال حرارت وابسته به دما:.. 77

4-3          فین با تولیدگرمای داخلی:.. 88

4-3-1      حالت اول ضریب حرارتی ثابت و حرارت تولید شده داخلی  وابسته به دما :   88

4-3-2      حالت دوم ضریب حرارتی  و حرارت تولید شده داخلی  وابسته به دما :   91

4-4          فین حلقوی با پروفیل های مختلف:.. 96

4-5          فین متخلخل با سطح مقطع مثلثی :.. 103

4-6          فین شعاعی همراه با انتقال حرارت تابشی:.. 110

4-7          فین مرطوب:.. 115

4-8          فین طولی در حالت گذرا:.. 120

5      فصل پنجم 125

5-1          جمع بندی نتایج:.. 126

5-2          ارائه پیشنهادات.. 127

6      مراجع 128

 

 

 

 

فهرست اشکال:

شکل(‏1‑1):فین های سوزنی: الف- استوانه ای  ب- سهمی کوژ    ج- سهموی کاو    د- مثلثی 5

شکل(‏1‑2):هشت نمونه از لوله های فین دار 6

شکل(‏1‑3):نمایشی از انواع لوله های فین دار از داخل 6

شکل(‏3‑1):موازنه انرژی برای سطح گسترش یافته 22

شکل(‏3‑2):فین مستطیلی 24

شکل(‏3‑3):فین با پروفیل نمایی 25

شکل(‏3‑4):فین محدب 25

شکل(‏3‑5):فین یک بعدی 27

شکل(‏3‑6):فین  یک بعدی 29

شکل(‏3‑7):انواع پروفیل های  فین حلقوی 31

شکل(‏3‑8):فین متخلخل مثلثی 35

شکل(‏3‑9):فین شعاعی 38

شکل(‏3‑10):فین مرطوب 39

شکل(‏4‑1):فین مستطیلی 47

شکل(‏4‑2):تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین مستطیلی 50

شکل(‏4‑3):فین نمایی 51

شکل(‏4‑4):تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین نمایی 55

شکل(‏4‑5):فین محدب 55

شکل(‏4‑6):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین محدب 65

شکل(‏4‑7):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین مستطیل 68

شکل(‏4‑8):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین نمایی 71

شکل(‏4‑9):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین محدب 74

شکل(‏4‑10):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین مستطیل 75

شکل(‏4‑11):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین نمایی 75

شکل(‏4‑12):نمودار تغییرات دما بر حسب طول با توجه به تغییرات برای فین محدب 76

شکل(‏4‑13):مقایسه حل عددی و تبدیل دیفرانسیل توزیع دما برای حالت ……….. 79

شکل(‏4‑14):مقایسه حل عددی و تبدیل دیفرانسیل توزیع دما برای حالت ………… 80

شکل(‏4‑15):تاثیر روی توزیع دما در حالت …… 80

شکل(‏4‑16):تاثیر روی توزیع دما در حالت ……. 81

شکل(‏4‑17):تاثیر  روی توزیع دما حالت …….. 82

شکل(‏4‑18):تاثیر روی توزیع دما حالت ……. 82

شکل(‏4‑19):نمودار باقیمانده ها برای بازده 84

شکل(‏4‑20): تاثیر پارامتر  بر بازده 84

شکل(‏4‑21): تاثیر پارامتر  بر بازده 85

شکل(‏4‑22):تاثیر  و روی بازده در حالت … 86

شکل(‏4‑23):تاثیر  و روی بازده در حالت .. 86

شکل(‏4‑24):توزیع دمای فین با تولید گرمای داخلی وابسته به دما و ضریب هدایت حرارتی ثابت برای .. 90

شکل(‏4‑25): توزیع دمای فین با تولید گرمای داخلی وابسته به دما و ضریب هدایت حرارتی ثابت برای … 91

شکل(‏4‑26): توزیع دمای فین با تولید گرمای داخلی و ضریب هدایت حرارتی وابسته به دما 95

شکل(‏4‑27): توزیع دمای فین با تولید گرمای داخلی و ضریب هدایت حرارتی وابسته به دما 95

شکل(‏4‑28): اثر شکل های مختلف برای فین متخلخل از جنس آلومنیوم(Al) بر روی توزیع دما 98

شکل(‏4‑29): اثر شکل های مختلف برای فین متخلخل از جنس سیلیکون کاربید(SIC)بر روی توزیع دما 99

شکل(‏4‑30): اثر شکل های مختلف برای فین متخلخل از جنس مس(Cu) بر روی توزیع دما 100

شکل(‏4‑31):اثر مواد متخلل برای فین حلقوی با پروفیل نمایی روی توزیع دما 100

شکل(‏4‑32):اثر مواد متخلل برای فین حلقوی با پروفیل محدب روی توزیع دما 101

شکل(‏4‑33):اثر مواد متخلل برای فین حلقوی مستطیلی شکل روی توزیع دما 101

شکل(‏4‑34):نمودار توزیع دما با روش تبدیل دیفرانسیل برای مقادیر مختلف پارامتر در مقایسه با حل عددی 106

شکل(‏4‑35):اثر نمودار توزیع دما با روش تبدیل دیفرانسیل برای مقادیر مختلف پارامتر تابشی- هدایتی 106

شکل(‏4‑36):اثر نمودار توزیع دما با روش تبدیل دیفرانسیل برای مقادیر مختلف پارامتر تابشی در مقایسه با حل عددی 107

شکل(‏4‑37):اثر نمودار توزیع دما با روش تبدیل دیفرانسیل برای مقادیر مختلف پارامترهدایتی در مقایسه با حل عددی 108

شکل(‏4‑38):اثر نمودار توزیع دما با روش تبدیل دیفرانسیل برای مقادیر مختلف پارامترتخلخل در مقایسه با حل عددی 109

شکل(‏4‑39)نمودار بازده فین با روش تبدیل دیفرانسیل 109

شکل(‏4‑40):نمودار توزیع دما برای حالت ……… 111

شکل(‏4‑41)نمودار توزیع دما برای حالت …….. 112

شکل(‏4‑42)نمودار توزیع دما برای حالت ……. 112

شکل(‏4‑43):نمودار توزیع دما برای حالت …….. 113

شکل(‏4‑44):نمودار توزیع دما برای حالت ……… 114

شکل(‏4‑45):نمودار توزیع دما برای حالت ……. 114

شکل(‏4‑46): نمودار توزیع دما در فین مرطوب برای رطوبت نسبی مختلف و      118

شکل(‏4‑47):نمودار توزیع دما در فین مرطوب برای رطوبت نسبی مختلف و     119

شکل(‏4‑48): نمودار  بازده فین و مقایسه آن با حل عددی 119

شکل(‏4‑49): نمودار توزیع دما در فین مستطیلی در حالت ………. 122

شکل(‏4‑50): نمودار توزیع دما در فین مستطیلی برای مقادیر مختلف  در حالت ………. 122

شکل(‏4‑51):نمودار توزیع دما در فین مستطیلی برای مقادیر مختلف  در حالت ……….. 123

شکل(‏4‑52):نمودار توزیع دما  سه بعدی در فین مستطیلی در حالت            124

 

 

 

 

 

فهرست جداول:

جدول(‏2‑1):تابع تبدیل دیفرانسیل[25] 15

جدول(‏2‑2):تابع تبدیل دیفرانسیل دو بعدی[26] 16

جدول(‏4‑1):بازده فین برای پروفیل های مستطیلی ، نمایی و محدب 76

جدول(‏4‑2):بازده فین با ضریب انتقال حرارت وابسته به دما برای مختلف 83

جدول(‏4‑3):بازده فین با ضریب انتقال حرارت وابسته به دما برای  مختلف 83

جدول(‏4‑4):مطلوبیت سنجی فاکتورها و بهینه ترین مقادیر 87

جدول(‏4‑5):بازده فین با تولید گرمای داخلی وابسته به دما و ضریب هدایت حرارتی ثابت 96

جدول(‏4‑6):خواص فیزیکی مواد 97

جدول(‏4‑7):گرمای بی بعد پروفیل های مثلثی ، نمایی و محدب 102

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست علائم:

a توان ثابت نمایی
Ac تابع سطح مقطع بی بعد
ADM روش آدومیان
As تابع سطح جانبی بی بعد
b پارامتر نمایانگر شكل فین
Cp گرمای ویژه
Da عدد دارسی
DTM روش تبدیل دیفرانسیل
f(s) یك تابع تحلیلی خطی معلوم
h ضریب انتقال حرارت جابجایی-
k ضریب انتقال حرارت هدایتی در دمای پایه-
L طولِ فین
L(u) قسمت خطی معادله دیفرانسیل
L(u0) قسمت خطی معادله دیفرانسیل در پایه فین
LSM روش حداقل مربعات
n توان
N(u) قسمت غیرخطی معادله دیفرانسیل
q انتقال حرارت رسانشی-
Q تابع انتقال حرارت بی بعد فین-
Qa  انتقال حرارت بی بعد در پایه-
Qcond انتقال حرارت هدایتی-
Qconv انتقال حرارت جابجایی –
R شعاع بی بعد
r شعاع فین-
ra شعاع انتهای فین –
Ra عدد رایلی
rb شعاع پایه فین –

 

T تابع توزیع دما-
Ta دمای محیط  –
Tb دمای پایه فین –
tb ضخامت پایهm
Ts دمای محیط-K
u معادله دیفرانسیل معمولی یك بعدی
Wi تابع وزن
X متغیر 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 كه معمولاً به منظور افزایش سطح انتقال حرارت به كار می روند.

واژه سطح گسترش یافته معمولاً برای نمایش حالت خاصی به كار می رود كه در آن انتقال گرمای رسانشی در داخل جسم و انتقال گرمای جابجایی (یا تشعشعی) از مرزهای آن روی می دهد.

تركیب انتقال حرارت رسانشی و جابجایی در بسیاری از موارد روی می دهد. اما بیشترین كاربرد آن درحالتی است كه برای تقویت انتقال حرارت بین یك جسم و سیال مجاور آن به كار می رود. معمولاً سه راه برای افزایش انتقال حرارت وجود دارد:

  • افزایش سرعت سیال
  • كاهش دمای محیط(افزایش اختلاف دمای محیط و جسم)
  • افزایش سطحی كه از آن حرارت انتقال می یابد.

در توضیح مورد اول باید دقت كرد كه 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 كه با افزایش حركت سیال، ضریب جابجایی را افزایش می دهند.(

راه دوم جهت افزایش انتقال حرارت مربوط به كاهش دمای محیط است كه اغلب غیرعملی بوده و بنابراین بهترین روش همان افزایش مساحت سطحی است كه از آن انتقال گرما رخ می دهد. با افزایش مساحت سطحی كه جابجایی در آن روی می دهد می توان آهنگ انتقال حرارت را افزایش داد. این كار را با بهره گرفتن از فین هایی كه 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 نوك آن به حداقل برسد. در حالت حدی رسانندگی گرمایی بینهایت، تمام فین در دمای سطح پایه قرار دارد، و لذا افزایش انتقال گرما به ماكسیمم مقدار ممكن می رسد.

[1] Galerkin Method

[2] Least-Squares Method

[3] Collocation Method

[4] Differential Transformation Method (DTM)

[5] Adomian Method

تعداد صفحه : 136

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

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.

 

دسته‌ها: رشته مکانیک