مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی مستقیم شکل در مسائل انتقال حرارت جابجایی داخلی

نویسندگان
1 دانشجوی دکترا/دانشگاه صنعتی خواجه نصیر
2 استادیار دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
یکی از مسائل کاربردی و مورد علاقه در علوم حرارت و سیالات، طراحی شکل سطح برای دستیابی به توزیع مطلوبی از یک متغیر جریان نظیر سرعت، فشار، دما یا شار حرارتی روی مرز است. حل چنین مسائلی با روش‌های تجربی یا نیمه تجربی مقرون به صرفه نبوده و با روش‌های تحلیلی نیز در اغلبِ مواردِ کاربردی امکان پذیر نیست. به همین دلیل الگوریتم‌های عددی متعددی برای حل مسائل طراحی شکل سطح توسعه داده شده است. در این الگوریتم‌ها معمولاً یک شکل اولیه در فرآیندی محاسباتی اصلاح می‌شود تا توزیع سطحی مورد نظر بدست آید. الگوریتم‌های عددی برای حل مسائل طراحی شکل از سه ابزار تولید کننده شبکه، حلگر جریان و تغییر دهنده شکل استفاده می‌کنند. در اغلب الگوریتم‌های عددی، علاوه بر اینکه سه ابزار ذکر شده به صورت جدا از هم کار می‌کنند، تغییر دهنده شکل نیز مبتنی بر معادلات حاکم نیست. در این مقاله یک الگوریتم طراحی شکل جدید موسوم به الگوریتم طراحی مستقیم برای مسائل انتقال حرارت جابجایی داخلی ارائه می‌شود که در آن علاوه بر اینکه تولید شبکه، حل جریان و تغییر شکل به صورت همزمان انجام می‌شود، تغییر دهنده شکل نیز از معادله حاکم به دست آمده و شامل هیچ پارامتر مجهولی نیست. چند مسئله مشتمل بر انتقال حرارت جابجایی که در آن‌ها به جای شکل مرز، توزیع شار حرارتی روی مرز معلوم است، با استفاده از الگوریتم پیشنهادی، حل شده است. نتایج بدست آمده حاکی از توانایی الگوریتم توسعه داده شده در حل مسائل طراحی شکل مشتمل بر انتقال حرارت جابجایی داخلی می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Direct Design of Shape in Internal Convection Heat Transfer Problems

نویسندگان English

Mehdi Nikfar 1
Ali Ashrafizadeh 2
1 Ph.D. Candidate/K. N. Toosi University of Technology
چکیده English

One of the interesting and practical problems in thermo-fluid sciences is referred to finding the shape of a boundary on which a specific distribution of pressure, temperature or heat flux is known. Because solving such problems using experimental, semi-experimental and analytical methods is time-consuming or even impossible in some practical situations, myriad numerical methods have been introduced to solve surface shape design (SSD) problems. In all the numerical algorithms, an initial guess is modified through a numerical process until the desirable distribution of the target variable is achieved. All the numerical algorithms use three computational tools, i.e. grid generator, flow solver and shape updater to solve an SSD problem. In most of numerical algorithms, not only the three mentioned tools work separately but the shape updater is also not derived from the governing equations. In this article, to solve SSD problems containing convection heat transfer, a new shape design algorithm called direct design method is presented in which grid generator, flow solver and shape updater work simultaneously and also the shape updater is directly derived from the governing equations. Some SSD problems containing convection heat transfer in which instead of the boundary shape the distribution of the heat flux is known are solved using the proposed algorithm. The obtained results show the capability of the method in solving SSD problems containing internal convection heat transfer.

کلیدواژه‌ها English

Inverse problems
Direct Design
Internal Convection Heat Transfer