شبیه سازی جریان، انتقال حرارت و انتقال جرم در لوله

شبیه سازی جریان، انتقال حرارت و انتقال جرم در لوله
(flow, mass and heat transfer in pipe)

در این شبیه سازی به کمک نرم افزار کامسول جریان یک سیال درون لوله به همراه انتقال جرم و انتقال حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. غلظت ماده و دمای ورودی لوله کمتر از دیواره ها بوده و با ورود سیال به لوله گرما و ماده از سطح لوله به درون سیال نفوذ می نمایند.

this simulation present Study of heat and mass transfer in pipe flows with comsol software

 

(برای دریافت فایل کامسول شبیه سازی فوق  و یا اجرای شبیه سازی های مشابه با کامسول به آدرس [e-mail]ایمیل فرمایید)

گروه مهندسی مشاور HKH مفتخر است خدمات خود در زمینه همکاری، طراحی، مشاوره تخصصی و انجام پروژه های مختلف را با استفاده از نرم افزار کامسول به افراد، شرکتها و موسسه های تحقیقاتی ارائه نماید. افراد و شرکت های علاقه مند می توانند جزئیات پروژه را جهت انجام شبیه سازی کامسول به آدرس ذیل ایمیل نمایند.

گروه مهندسی مشاورHKH

ایمیل: [e-mail]

تلفن: [phone]

 http://comsolsimulation.blogfa.com/

 

انواع جریانات در لوله عبارتند: از جریان داخلی و جریان خارجی.

 

جریان داخلی جریانی است که توسط جداره محصور شده باشد و اثرات لزجت رشد کرده و در تمام جریان مشاهده گردد. وقتی که جریان یکنواختی از یک سیال وارد یک لوله میشود سرعت سیال تغییراتی خواهد داشت؛ برای بررسی تغییرات ابتدا باید قسمت های مختلف جریان سیال پس از ورود به لوله را بشناسیم.

 

ناحیه در حال توسعه(developing flow):

 

در این بخش از لوله که به فاصله  ابتدای لوله بوده و دارای دو ناحیه (viscous) و (inviscid) است. در ناحیه ویسکوز تنش وارد میشود در حالی که در هسته مخروطی غیر ویسکوز تنش وارد نمی‌شود. همچنین در این ناحیه سرعت سیال وابسته بهx,r است، فاصله وابسته به عدد رینولدز و قطر لوله است.

 

ناحیه توسعه یافته (developed flow):

 

بعد از عبور از ناحیه در حال توسعه به ناحیه‌ای می‌رسیم که سرعت در راستای x تغییرات نداشته و سرعت در لوله تنها وابسته به r است.تمام بررسی ها مربوط به این ناحیه می‌شود

 

در اینجا ما با فرض عبور جریان  در لوله این جریان را تحلیل کرده و در آخر ضریب اصطکاک را برای این حالت به دست می آوریم در حالت کلی یک ناحیه ورودی وجود دارد که در آن جریان بالا دست نسبتا لزجی وجود دارد که همگرا می‌شود و وارد لوله می گردد. به فاصله‌ای که در طی آن سرعت کاملا توسعه یافته می‌شود طول ورودی هیدرودینامیکی می‌گویند.

 

لایه‌های مرزی لزج به طرف پایین دست جریان رشد کرده و جریان محوری در جداره ها را به تاخیر می اندازند و در نتیجه جریان هسته ی مرزی را شتاب می‌دهند، در فاصله ی محوری از ورودی لایه ی مرزی به هم رسیده و هسته غیر لزج ناپدید می شود. لوله از این پس کاملا لزج و چسبنده است و جریان محوری از این پس دیگر نسبت به X تغییر نمی کند و جریان را توسعه یافته (تکامل یافته) می نامیم.

 

عدد رینولدز

 

 

 

عدد رینولدز تنها پارامتری است که بر طول ورودی اثر می گذارد. جریان در لایه مرزی سریعتر رشد می کند و طول ورودی نسبتا کوتاهتری دارد. درناحیه تکامل، لایه‌های مرزی به هم می پیوندند؛ این عمل در جریان آرام، آرامتر و در جریان آشفته، سریع تر اتفاق می افتد پس نتیجه می گیریم همیشه قسمتی از طول لوله مربوط به ناحیه ورودی است. وضعيتي كه خطوط جريان مستقيم و موازي بوده پروفيل سرعت در تمام لوله يكسان باشد، جريان آرام كاملا توسعه يافته ناميده مي شود. در اين حالت اثر لزجت در تمام مقطع منتشر شده است. در ابتداي لوله چنين وضعيتي برقرار نمي شود يعني در ابتدا جريان تقريبا يكنواخت است و با جلو رفتن در لوله اثرات لزجت بيشتر در جريان توسعه مي يابد.

 

 

Pipe flow, a branch of hydraulics and fluid mechanics, is a type of liquid flow within a closed conduit (conduit in the sense of a means of containment). The other type of flow within a conduit is open channel flow. These two types of flow are similar in many ways, but differ in one important aspect. Pipe flow does not have a free surface which is found in open-channel flow. Pipe flow, being confined within closed conduit, does not exert direct atmospheric pressure, but does exert hydraulic pressure on the conduit.

 

Not all flow within a closed conduit is considered pipe flow. Storm sewers are closed conduits but usually maintain a free surface and therefore are considered open-channel flow. The exception to this is when a storm sewer operates at full capacity, and then can become pipe flow.

 

Energy in pipe flow is expressed as head and is defined by the Bernoulli equation. In order to conceptualize head along the course of flow within a pipe, diagrams often contain a hydraulic grade line. Pipe flow is subject to frictional losses as defined by the Darcy-Weisbach formula.