مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

حل نیمه تحلیلی معادلات دینامیک و انتقال حرارت جریان نقطه سکون به روش ترکیبی گره مرزی-آنالیز هموتوپی

نویسندگان
1 دانشجو کارشناسی ارشد
2 عضو هیئت علمی دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره) قزوین
چکیده
در این مطالعه، معادلات دینامیک (بقای جرم و ممنتوم) و انتقال حرارت جریان آرام و دو بعدی حول نقطه سکون در صفحه و با تقارن محوری با استفاده از روش آنالیز هموتوپی بهینه، روش ترکیبی گره مرزی-آنالیز هموتوپی حل و با روش عددی مقایسه شده اند. پارامتر همگرایی بهینه با استفاده از نقاط چبیشف متناظر با بازه حل محاسبه شده است. علت استفاده از روش گره مرزی، بدست آوردن بهترین حدس اولیه که دقیقا در شرایط جواب اولیه در روش هموتوپی صدق میکند، میباشد چرا که از خود حل عملگر حاصل میشود. جوابها پس از 50 بار تکرار به دست آمده است. همچنین تعداد کل گره در دامنه و مرز برابر با 40 میباشد. از مقایسه بین نتایج به دست آمده از روش گره مرزی-آنالیز هموتوپی و محققین دیگر مشاهده میشود که هم خوانی بسیار خوبی بین نتایج وجود دارد. هدف از این مطالعه، ترکیب روش گره مرزی با روش آنالیز هموتوپی میباشد. مزیت این روش، استفاده از محاسبات ماتریسی برای حل معادله است که سرعت اجرا و دقت قابل قبولی را ارائه میدهد. نمودار خط جریان، سرعت ، تنش برشی و توزیع دما به ازای مقادیر عدد پراندال خیلی کوچک بر حسب پارامتر همشکلی η برای هر دو جریان ترسیم شده است. ملاحظه میشود که با افزایش فاصله عمودی از صفحه، به علت کاهش اثرات دیوار، تنش برشی سیال کاهش مییابد. همچنین با افزایش عدد پراندال و کاهش ضخامت لایه مرزی حرارتی و نزدیک شدن ضخامت ها به هم، منحنی توزیع دما نیز به طور محسوسی تغییر میکند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A novel semi analytical solution for the dynamic and heat transfer analysis of Stagnation Point Flow using BK-HAM Method

نویسندگان English

Esmaeil Zamani 1
Hamid Reza Nazif 2
چکیده English

In this study, dynamic and heat transfer equations of two-dimensional laminar plane and axisymmetric stagnation flow are solved by Optimal Homotopy Analysis Method, Boundary Knot-Homotopy analysis method and compared by numerical solution. The optimal convergence-control parameter value is calculated using Chebyshev points. These points are corresponding to the range of solutions to get the best answer for both flows. Boundary Knot Method gives the best initial guess that applies in terms of primary answer of homotopy analysis method. Results are reported by the 50th order approximation. Also, it is considered that the total numbers of knots on the domain and the boundary is 40. It is shown that results have a good agreement with the numerical solution. The stream function, the velocity function, the shear stress function and the temperature distribution for small Prandtl values is shown for plane and axisymmetric stagnation flows using BK-HAM compared with the numerical solution. It can be found that, with increasing vertical distance, because of decreasing the effects of wall, the fluid shear stress will be reduced. Also the temperature distribution in the boundary layer changes linearly with distance from the wall. Also, increasing the Prandtl number and decreasing the thermal boundary layer thickness is leading to increase temperature distribution.

کلیدواژه‌ها English

viscous fluid
stagnation point flow
Temperature distribution
boundary knot-homotopy analysis method