مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تحلیلی انتقال حرارت پایای هدایتی نامتقارن در استوانه های کامپوزیتی به روش جداسازی متغیرها

نویسندگان
دانشکده مهندسی مکانیک- گروه حرارت و سیالات- دانشگاه صنعتی شاهرود
چکیده
در مطالعه حاضر مساله انتقال حرارت دو بعدی نامتقارن در یک استوانه کامپوزیتی چند لایه به صورت تحلیلی بررسی گردیده است. شرایط مرزی در نظر گرفته شده در کلی ترین حالت (خطی) ممکن قرار دارد که می تواند تمامی مکانیزم های جابجایی، هدایت و تشعشع را در بر گیرد. الیاف تحت زاویه مشخصی به دور استوانه پیچیده شده اند به نحوی که زاویه الیاف و جنس مواد کامپوزیتی بکار رفته شده می تواند لایه به لایه تغییر کند. معادلات حاکم بر هدایت اورتوتروپیک استخراج گردیده و سپس با استفاده از روش دقیق جداسازی متغیرها، سری توزیع دما در هر لایه بدست آمده است. با اعمال شرایط مرزی کلی داخلی و بیرونی استوانه و همچنین برقراری شرایط پیوستگی دما و شار حرارت در مرز بین هر جفت از لایه ها، سه دستگاه معادلات مستقل برای بدست آوردن ضرایب مجهول سری دما ساخته شده اند. با استفاده از روابط توابع متعامد و الگوریتم توماس این دستگاه های معادلات حل گردیده و روابطی بازگشتی و تحلیلی برای محاسبه ضرایب مجهول ارائه گردیده است. تاثیر پارامترهای طراحی، زاویه الیاف و جنس لایه ها، روی توزیع دما با استفاده از دو مثال عملی شامل شرایط مرزی پیچیده، بررسی و مقایسه شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Analytical Investigation of Asymmetric Steady Heat Conduction in a Composite Cylinder Using the Separation of Variables Method

نویسنده English

Amin Amiri Delouei
چکیده English

In this study, 2D Asymmetric heat transfer in multi-layer composite cylinder is investigated, analytically. The boundary conditions are the most linear general boundary conditions which can cover all the heat transfer mechanisms consists of convection, conduction and radiation. The fibers are wounded around the cylinder. The angle of fibers and composite materials can be changed layer by layer. The governing equation of orthotropic conduction has been extracted and temperature distribution series have been obtained using the separation of variables method. In order to find the unknown series’ coefficients, three independent set of equations have been constructed by applying the boundary conditions inside/outside of cylinder and temperature/heat flux continuity between the layers. These set of equations have been solved using the orthogonal function relations and Thomas algorithm to find the recursive relation for unknown coefficients. The effect of design parameter, fiber angle and layers’ materials, have been investigated via two functional examples.

کلیدواژه‌ها English

Analytical Solution
Asymmetric heat transfer
composite cylinder
Thomas Algorithm
Fourier Transformation