مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی عدد ناسلت و ضریب اصطکاک در هیتر کمانی شکل موتور استرلینگ

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد/دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
2 دانشیار دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی
3 دانشجوی دکترا/دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
در دنیای امروز استفاده از موتورهای استرلینگ در صنایع فضایی، زیردریایی‌ها و سیستم‌های همزمان تولید حرارت و توان، نیاز به تحلیل دقیق‌تر این موتورها را افزایش می‌دهد. موتور استرلینگ یک موتور احتراق خارجی است که حرارت مورد نیاز جهت کارکرد خود را به وسیله هیتر از یک منبع حرارتی خارجی می‌گیرد به همین علت بحث انتقال حرارت در آن دارای اهمیت زیادی می‌باشد. در این مقاله عدد ناسلت و ضریب اصطکاک در جریان رفت و برگشتی در مبدل حرارتی یک موتور استرلینگ به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. مبدل حرارتی مورد مطالعه، یک هیتر است که لوله‌های آن به شکل کمانی هستند. پارامترهای مختلفی جهت بررسی مقدار انتقال حرارت و یا ضریب اصطکاک در این هیتر انتخاب شده‌اند. پنج پارامتر انتخاب شده عبارتند از: فرکانس زاویه‌ای، جنس سیال، فشار گاز کاری، رژیم جریان و هندسه هیتر. با افزایش فرکانس زاویه‌ای و فشار گاز کاری، مقدار عدد ناسلت افزایش می‌یابد و همچنین ضریب اصطکاک کاهش می‌یابد. تاثیر سیال‌های کاری مختلف مانند کربن دی اکسید، هوا و هلیوم مورد بحث قرار گرفت. کربن دی اکسید دارای بیشترین عدد ناسلت نسبت به بقیه سیال‌ها می‌باشد و رابطه‌ای برای عدد ناسلت کربن دی اکسید و هوا، ارایه شده است. همچنین عدد ناسلت و ضریب اصطکاک با تغییر رژیم جریان مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه‌ای نیز بین دو هیتر با هندسه عصایی و کمانی انجام شده است که نشان می‌دهد انتقال حرارت در هیتر با هندسه کمانی بیش‌تر از هندسه عصایی است و ضریب اصطکاک آن دو بسیار نزدیک به هم است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A numerical investigation of Nusselt number and friction coefficient in an arc-type Stirling engine heater

نویسندگان English

Hassan Farzi 1
Ali Keshavarz Valian 2
Alireza Batooei 3
چکیده English

The usages of stirling engine in many industry such as aerospace, submarines and combined heat and power systems, requires more and detailed analysis in such engines. This type of engine is an external combustion which may use almost any type of fuel. In this article the Nusselt number and friction coefficient of a Stirling engine heat exchanger is investigated numerically. The geometry of this heat exchanger is an arc shape pipe with reciprocating flow. Various parameters such as angular frequencies, type of fluids, working gas pressures, flow regime and heater geometry impact on the Nusselt number and friction coefficient of the heater were investigated. By increasing the angular frequency and the working gas pressure the Nusselt number increases but the friction coefficient decreases. The influences of different working fluids indicated that the Carbon dioxide has the highest Nusselt number. The results also show that the friction coefficient is highly dependent on the flow regime. The comparison between the two different geometry type heaters show that the arc-type geometry led to higher Nusselt number. The friction coefficients of both geometries are almost similar to each other at high frequencies.

کلیدواژه‌ها English

Stirling engine
Reciprocating flow
Nusselt number
Friction coefficient
Numerical solution