Ενίσχυση της μεταφοράς θερμότητας στην τριδιάστατη ροή γύρω από κύλινδρο με χρήση επιφανειακής υδροφοβικότητας

Politis, Ioannis; Πολίτης, Ιωάννης

dc.contributor.author	Politis, Ioannis	en
dc.contributor.author	Πολίτης, Ιωάννης	el
dc.date.accessioned	2019-03-18T11:09:37Z
dc.date.available	2019-03-18T11:09:37Z
dc.date.issued	2019-03-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48472
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16444
dc.rights	Default License
dc.subject	Κύλινδρος	el
dc.subject	Υδροφοβικότητα	el
dc.subject	Μετάδοση θερμότητας	el
dc.subject	Circular cylinder	en
dc.subject	Hydrophobicity	en
dc.subject	Heat transfer	en
dc.title	Ενίσχυση της μεταφοράς θερμότητας στην τριδιάστατη ροή γύρω από κύλινδρο με χρήση επιφανειακής υδροφοβικότητας	el
dc.title	Heat transfer enhancement in three-dimensional flow past a circular cylinder using surface hydrophobicity	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ναυτική μηχανολογία	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-07-20
heal.abstract	Οι ροές γύρω από μη υδροδυναμικά σώματα είναι αντικείμενο πλήθους μελετών, εξαιτίας της ευρείας εφαρμογής τους στα πεδία των κατασκευών και της μηχανολογίας. Τυπικές κατασκευές που συμπεριφέρονται ως μη υδροδυναμικά σώματα είναι οι ουρανοξύστες, οι καμινάδες, οι θαλάσσιοι αγωγοί και οι αγωγοί άντλησης πετρελαίου. Από την άλλη πλευρά, τυπικές μηχανολογικές συσκευές που περιλαμβάνουν μη υδροδυναμικά σώματα είναι οι εναλλάκτες θερμότητας. Ο κύριος σκοπός των σχετικών μελετών είναι η ελαχιστοποίηση της δυναμικής φόρτισης των σωμάτων, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε κατασκευαστική αστοχία λόγω κόπωσης, και η ενίσχυση της μεταφοράς θερμότητας σε εφαρμογές εναλλακτών θερμότητας. Η παρούσα εργασία αφορά στον χαρακτηρισμό του ροϊκού πεδίου και της μετάδοσης θερμότητας στη ροή γύρω από κύλινδρο η επιφάνεια του οποίου διατηρείται σε σταθερή θερμοκρασία, με χρήση Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής. Είναι γνωστό από πρόσφατες σχετικές μελέτες ότι εφαρμογή υδροφοβικότητας στην επιφάνεια του κυλίνδρου έχει ως αποτέλεσμα τον περιορισμό της αστάθειας στον ομόρρου και την ενίσχυση της μεταφοράς θερμότητας. Ωστόσο, η πλειοψηφία των σχετικών μελετών περιορίζεται στη μελέτη της διδιάστατης ροής, για χαμηλές τιμές του αριθμού Reynolds. Έτσι, στην παρούσα εργασία μελετάται υπολογιστικά το πλήρες τριδιάστατο πρόβλημα, διερευνώντας τις επιπτώσεις της χρήσης επιφανειακής υδροφοβικότητας στη δομή της ροής, στις δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα, και στη μεταφορά θερμότητας. Εδώ, μελετάται το πρόβλημα για σχετικά χαμηλές τιμές του αριθμού Reynolds, ενώ οι τιμές των θερμοφυσικών ιδιοτήτων του ρευστού θεωρούνται σταθερές. Αρχικά, γίνεται μια εκτενής μελέτη της επίδρασης των παραμέτρων της χωρικής και χρονικής διακριτοποίησης, καθώς και του μεγέθους του υπολογιστικού χωρίου, στην ακρίβεια των αποτελεσμάτων. Με βάση τα αποτελέσματα, επιλέγεται ένας κατάλληλος συνδυασμός των σχετικών παραμέτρων, που αντιστοιχεί σε καλή ακρίβεια με ταυτόχρονη διατήρηση του υπολογιστικού κόστους σε αποδεκτά επίπεδα. Η εφαρμογή υδροφοβικότητας γίνεται αρχικά σε ολόκληρη την επιφάνεια του κυλίνδρου. Τα αποτελέσματα πιστοποιούν τη μείωση της αστάθειας της ροής και την ενίσχυση της μεταφοράς θερμότητας. Η ενίσχυση αυτή αυξάνεται με περαιτέρω αύξηση του μήκους ολίσθησης, και καθίσταται σχετικά μικρή για μεγάλες τιμές του μήκους ολίσθησης. Στη συνέχεια, με σκοπό να διερευνηθεί εάν η κατάλληλη μείωση της δράσης ελέγχου μπορεί να οδηγήσει σε ισοδύναμη κατάσταση ροής και ρυθμού μεταφοράς θερμότητας με την περίπτωση της πλήρους υδροφοβικότητας, εφαρμόζονται εναλλασσόμενες υδροφοβικές και μη υδροφοβικές λωρίδες στην επιφάνεια του κυλίνδρου. Αποδεικνύεται ότι κατάλληλη χωρική κατανομή της υδροφοβικότητας μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική μείωση των δυνάμεων που ασκούνται στον κύλινδρο, σε σύγκριση με την περίπτωση του μη υδροφοβικού κυλίνδρου, και σε αντίστοιχη αύξηση του ρυθμού μεταφοράς θερμότητας. Τέλος, για τον ίδιο προαναφερθέντα λόγο, διερευνάται η επίδραση της υδροφοβικότητας κατανεμημένης ομοιόμορφα κατά τον άξονα του κυλίνδρου, συμμετρικά περί το εμπρός σημείο ανακοπής. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι κατάλληλη επιλογή της χωρικής κατανομής της υδροφοβικότητας αυξάνει σημαντικά την ευστάθεια της ροής και τους ρυθμούς μεταφοράς θερμότητας, σε σύγκριση με την περίπτωση του μη υδροφοβικού κυλίνδρου.	el
heal.advisorName	Καϊκτσής, Λαμπρος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Χρίστος	el
heal.committeeMemberName	Παπαλάμπρου, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας. Εργαστήριο Ναυτικής Μηχανολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	82 σ.
heal.fullTextAvailability	true