عدد رینولدز یا ضریب انتقال حرارت را اندازه گیری کنم؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: 100 مایلی شمال لندن جاده آیلستون، لستر، لسترشر. LE2

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 3286

سپاس: 5494

جنسیت:

تماس:

عدد رینولدز یا ضریب انتقال حرارت را اندازه گیری کنم؟

پست توسط rohamavation »

فرض کنید من یک جریان هوای گرم در اطراف یک جسم سرد و ناهموار با سوراخ‌ها و تونل‌ها دارم (آن را به عنوان یک تخت مملو از اشیاء در نظر بگیرید). من می‌خوام عدد رینولدز این جریان و ضریب انتقال حرارت همرفتی آن را بدونم. تعریف عدد رینولدز حاوی یک طول مشخصه هستش که به نوعی برای من مرموزه و من اونو ندارم. و من کمی تمایلی به استفاده از فرمول شماره رینولدز . آیا امکان اندازه‌گیری آن وجود داره؟ چگونه آزمایشی برای این کار طراحی کنم؟
من می‌خواهم از خوندن دمای جسم اجتناب کنم. در این اینجا من یک رابطه بین عدد رینولدز و ضریب انتقال حرارت اوردم بنابراین اندازه‌گیری تنها عدد رینولدز شروع خوبی خواهد بود آیا می‌توان این کار را با خوندن افت فشار ساده انجام داد؟
از آنچه من توضیح دادم دو مقیاس طول متفاوت با این مشکل مرتبط هستن. یکی با جریان از طریق محیط متخلخل تخت پر از اشیاء و دوم با جریان در اطراف تخت همراه بود. من فرض می‌کنم من در مورد جریان از طریق تخت متخلخل صحبت می‌کنم
جریان از طریق تخت متخلخل یعنی وقتی سیال (به طور معمول هوا یا آب) از روی یه سطح مسطح (مثل تخت) که سوراخ‌ها یا تونل‌ها یا فضاهای خالی داره، عبور می‌کنه. این سطح ممکنه از چیزای جامد (مثل سنگریزه، شبکه‌ها یا مواد فراورده) تشکیل شده باشه که بینشون فضاهای خالی باشه.
جریان از طریق تخت متخلخل ممکنه تو شرایط مختلفی اتفاق بیفته مثلا:
مبدل‌های حرارتی: تو این حالت، سیال از روی یه تخت متخلخل عبور می‌کنه و حرارت رو با محیط به اشتراک می‌ذاره. این ممکنه تو مبدل‌های حرارتی صنعتی، رادیاتورها، یا حتی تو بعضی سیستم‌های تبرید و گرمایش خونه باشه.
فیلتراسیون: تو این حالت، تخت متخلخل برای فیلتر کردن سیال استفاده می‌شه. مثلا وقتی هوا از فیلترهای هوا تو واحدهای تهویه مطبوع گذر می‌کنه، از یه تخت متخلخل استفاده می‌شه که ذرات معلق رو حبس کنه.
تبادل جرم: تو بعضی مواقع، تخت متخلخل برای انتقال مواد جامد یا مایع از یه سیال به دیگری استفاده می‌شه. مثلا تو روش‌های تبادل گرمایی بر پایه فعالیت جذب و جریان گازی از تخت متخلخل برای جذب یا انتقال گازها استفاده می‌شه.
پس جریان از طریق تخت متخلخل تو مواقع مختلف و به دلایل مختلفی استفاده می‌شه و ممکنه ویژگی‌های متفاوتی داشته باشه.
معمولاً ابعاد مشخصه یا مقیاس طول برای جریان‌های داخلی به عنوان قطر هیدرولیک در نظر گرفته می‌شه. این چهار برابر سطح مقطع (سیال) تقسیم بر محیط خیس شده تعریف شده خوب. با این حال برای چیزهایی مانند "تخت‌های سنگریزه" و غیره عدد رینولدز متفاوت تعریف میشه
برای جریان سیال از بستری متشکل از ذرات تقریباً کروی با قطر \( D \) در تماس اگر فضای خالی (کسری از بستر با ذرات پر نشده باشه) \( \epsilon \) و سرعت سطحی \( V \) باشد (یعنی سرعت سیال در بستر به گونه‌ای باشد که کره / اشیاء وجود نداشتند) سپس یک عدد رینولدز را اینطور اوردم
\[ Re = \frac{\rho V D}{\mu(1 - \epsilon)} \]
شرایط آرام تا \( Re = 10 \) اعمال می‌شود برای ضریب انتقال حرارت همرفتی برای این جریان باید از عدد Nusselt استفاده کنید که اندازه‌گیری نسبت انتقال حرارت همرفتی به رسانا یک مرز جامد-سیاله
اگه می‌خوای عدد رینولدز و ضریب انتقال حرارت همرفتی رو برای جریان هوای گرم اطراف یه جسم سرد و ناهموار مثل یه تختی پر از اشیاء بدونی می‌تونی از اندازه‌گیری افت فشار استفاده کنی. با اندازه‌گیری افت فشار در جریان هوا اطراف جسم سرد و ناهموار می‌تونی به دقت بیشتری درباره عدد رینولدز و ضریب انتقال حرارت همرفتی دست پیدا کنی.
برای اندازه‌گیری افت فشار می‌تونی از یه دستگاه اندازه‌گیری فشار سطحی استفاده کنی. با اندازه‌گیری افت فشار می‌تونی با استفاده از روابط مناسب عدد رینولدز و ضریب انتقال حرارت همرفتی رو محاسبه کنی.
اگه از اندازه‌گیری افت فشار استفاده نکنی می‌تونی از روابط تئوریکی استفاده کنی. با توجه به ویژگی‌های جریان هوا و سطح جسم سرد می‌تونی با استفاده از روابط مناسب مقدار عدد رینولدز و ضریب انتقال حرارت همرفتی رو محاسبه کنی.
همچنین می‌تونی از نرم‌افزارهای مدل‌سازی عددی مثل ANSYS Fluent یا COMSOL Multiphysics هم استفاده کنی. با مدل‌سازی جریان هوا و انتقال حرارت همرفتی در اطراف جسم سرد و ناهموار می‌تونی عدد رینولدز و ضریب انتقال حرارت همرفتی رو به دست آوری.
با انجام یکی از این کارا می‌تونی به دقت بیشتری درباره عدد رینولدز و ضریب انتقال حرارت همرفتی برای جریان هوا اطراف جسم سرد و ناهموار دست پیدا کنی حتی بدون اینکه نیازی به اندازه‌گیری دما داشته باشی.
1. \textbf{عدد رینولدز}:
عدد رینولدز آزمایشی است که نشان می‌دهد که جریان مایع لایه‌ای (مثل آب یا روغن) در یک لوله یا رودخانه چگونه رفتار می‌کند. مثلا می‌تواند نشان دهد که جریان لامینار
برای محاسبه عدد رینولدز هم اینطور محاسبه میشه
\[ Re = \frac{ρ \times v \times L}{μ} \]
که در آن \( ρ \) چگالی مایع \( v \) سرعت جریان \( L \) مقیاس طولی و \( μ \) ویسکوزیته مایعه.
2. \textbf{ضریب انتقال حرارت}:
ضریب انتقال حرارت میزان انتقال حرارت از یک ماده به ماده دیگر را نشان می‌دهد مثلا از یک سطح به یک مایع یا گاز.
این ضریب به شرایط مختلفی مانند دما جریان خواص مواد و سطح انتقال بستگی دارد.
3. \textbf{اندازه‌گیری}:
برای اندازه‌گیری عدد رینولدز می‌توان از تجهیزاتی مانند فلومترها و رینولدز مترها استفاده کرد. این ابزارها بر اساس تغییرات فشار سرعت یا ویژگی‌های دیگر جریان عدد رینولدز را محاسبه می‌کنند.
برای اندازه‌گیری ضریب انتقال حرارت نیاز به دماسنج‌ها سنسورهای حرارتی و ابزارهای مشابه دارید که می‌توانند دما و انتقال حرارت را اندازه‌گیری کنند.
عدد رینولدز:
عدد رینولدز ازمایشیه که نشون میده که جریان یه مایع لایه‌ای (مثل آب یا روغن) تو لوله یا رودخونه رفتارش چطوریه. مثلا می‌فهمیم جریانش لامیناره یا ترابری.
برای حساب کردن عدد رینولدز از این فرمول استفاده می‌شه:$Re = \frac{\mu}{\rho \times v \times L} $
ρ چگالی مایع v سرعت جریان L مقیاس طولی و μ ویسکوزیته مایعه.ضریب انتقال حرارت:
ضریب انتقال حرارت نشون میده که چقدر حرارت از یه ماده به ماده دیگه منتقل می‌شه. مثلا از یه سطح به یه مایع یا گاز.
این ضریب به فاکتورهای مختلفی مثل دما جریان خواص مواد و سطح انتقال بستگی داره.
اندازه‌گیری:برای اندازه‌گیری عدد رینولدز می‌تونی از ابزارهایی مثل فلومترها و رینولدز مترها استفاده کنی. این ابزارها بر اساس تغییرات فشار سرعت یا ویژگی‌های دیگه‌ی جریان عدد رینولدز رو حساب می‌کنن.
برای اندازه‌گیری ضریب انتقال حرارت هم نیاز به دماسنج‌ها سنسورهای حرارتی و ابزارهای مشابه هست که می‌تونن دما و انتقال حرارت رو اندازه بگیرن.
رابطه بین عدد ناسلت (Nu) و عدد رینولدز (Re) در حالت همرفتی بستر مسطح (مانند تخت مملو از اشیاء) ممکن است بسته به شرایط مختلفی که جریان دارد متغیر باشد. اما یکی از روابط معروف بین این دو عدد به عنوان مثال برای جریانهای مرتبط در محدوده توربولانت رابطه ناسلت-رینولدز است. این رابطه اینطور نوشتم:$Nu = C \times Re^m \times Pr^{\frac{1}{3}}$
که در اون:
Nu عدد ناسلت (ضریب انتقال حرارت همرفتی)
Re عدد رینولدز
Pr عدد پرانتل (عدد پرانتل نسبت ویسکوزیته به همراهی حرارتی است)
C ثابت
m پیش‌پردازش دارد و بسته به شرایط جریان متفاوت است.
این رابطه در حالت توربولانت جریان و برای برخی از شرایط جریان مناسب است اما باید توجه داشت که در شرایط مختلف ممکن است روابط دیگری نیز برای تبیین رابطه بین عدد ناسلت و عدد رینولدز استفاده میشه
تصویر

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: 100 مایلی شمال لندن جاده آیلستون، لستر، لسترشر. LE2

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 3286

سپاس: 5494

جنسیت:

تماس:

Re: عدد رینولدز یا ضریب انتقال حرارت را اندازه گیری کنم؟

پست توسط rohamavation »

رابطه بین عدد ناسلت ($Nu$) و عدد رینولدز ($Re$) در حالت همرفتی بستر مسطح (مانند تخت مملو از اشیاء) ممکن است بسته به شرایط مختلفی که جریان داره متغیر باشه. اما یکی از روابط معروف بین این دو عدد، به عنوان مثال برای جریانهای مرتبط در محدوده توربولانت رابطه ناسلت-رینولدزه. این رابطه هم اینطوره
$[ Nu = C \times Re^{\frac{1}{3}} \times Pr^{\frac{1}{3}} \]$
که در اون
\item $Nu$ نشون‌دهنده ضریب انتقال حرارت ($Nu$) است.
\item $Re$ نشون‌دهنده عدد رینولدز ($Re$) است.
\item $Pr$ نشون‌دهنده عدد پراندتل ($Pr$) است که نسبت ویسکوزیته به همراهی حرارتی سیال را نشون میده.
\item $C$ یک ثابته
\item $m$ یک پارامتر پیش‌پردازش داره و بسته به شرایط جریان متفاوته
ضریب انتقال حرارت ($Nu$) نسبت انتقال حرارت از سطح به محیط به انتقال حرارت از سطح متخلخل به محیط را نشون میده. محاسبه این ضریب به وسیله مشاهده تغییرات دمای سطح و محیط، جریان و خواص مایعات صورت می‌گیره
برای محاسبه عدد رینولدز ($Re$) ببینین بچه های هوپا
\[ Re = \frac{\rho V D}{\mu} \]
که دراون
\item $\rho$ نشون‌دهنده چگالی سیاله
\item $V$ نشون‌دهنده سرعت جریان سیاله.
\item $D$ نشون‌دهنده ابعاد مشخصه جریانه (مثلاً قطر هیدرولیک برای جریان در لوله).
\item $\mu$ نشون‌دهنده ویسکوزیته سیاله
با استفاده از دستگاه‌ها و روش‌های آزمایشگاهی مناسب می‌تونین این مقادیر را اندازه‌گیری کرده و محاسبه کنین
{آزمایش برای اندازه‌گیری عدد رینولدز}
{مشخص کردن شرایط جریان:} ابتدا باید شرایط جریان را مشخص کنید، از جمله چگالی سیال ($\rho$)، سرعت جریان ($V$) و ویسکوزیته سیال ($\mu$).

{اندازه‌گیری ابعاد مشخصه جریان:} برای محاسبه عدد رینولدز، باید ابعاد مشخصه جریان را مشخص کنید، مثلاً قطر لوله در صورتی که جریان درون یک لوله است.
{محاسبه عدد رینولدز:} با استفاده از رابطه $Re = \frac{\rho V D}{\mu}$ می‌توانید عدد رینولدز را محاسبه کنید.
{تعیین رژیم جریان:} بر اساس مقدار عدد رینولدز رژیم جریان (آرام یا توربولانت) را تعیین کنی. معمولاً اگر عدد رینولدز کمتر از ۲۰۰ باشه جریان به عنوان آرام شناخته می‌شه و در غیر این صورت جریان توربولانته
{آزمایش برای اندازه‌گیری ضریب انتقال حرارت}
{مشخص کردن شرایط حرارتی:} مقادیر دمای سطح ($T_s$) و دمای محیط ($T_{\infty}$) را مشخص کنی
{اندازه‌گیری دما:} از سنسورهای دما برای اندازه‌گیری دمای سطح و محیط استفاده کنین.
{محاسبه تغییرات دما:} تغییرات دمای سطح و محیط را مشاهده کنید و ثبت کنین.
{محاسبه ضریب انتقال حرارت:} با استفاده از رابطه $Nu = \frac{h D}{k}$ که $h$ ضریب انتقال حرارت و $k$ هم گرمایی مواده می‌تونید ضریب انتقال حرارت را محاسبه کنین
{تحلیل نتایج:} داده‌های آزمایشی را تحلیل کرده و با داده‌های مدلی یا نظری مقایسه کنید تا صحت آزمایش خود را بسنجین
می‌تونی از یک آزمایش ساده برای اندازه‌گیری عدد رینولدز و ضریب انتقال حرارت استفاده کنی که با استفاده از یک جریان هوا در اطراف یک جسم سرد انجام می‌شه.
آزمایش: اندازه‌گیری عدد رینولدز و ضریب انتقال حرارت بر روی یک جسم سرد
مواد مورد نیاز:
یک سیلندر یا شیشه آب برای نمایش جریان هوا
یک فن برقی
یک ترمومتر برای اندازه‌گیری دما
مایع آب یا رنگ
تجهیزات اندازه‌گیری دیگر به دلخواه
مراحل آزمایش:
تهیه جریان هوا:
ابتدا با استفاده از فن برقی یک جریان هوا ایجاد کنین. می‌توانید این کار را با قرار دادن فن در نزدیکی سیلندر انجام بده
نمایش جریان هوا:
در صورت استفاده از سیلندر آب، مایع آب را به داخل سیلندر بریزین و سپس با رنگ انجام شده را به آب اضافه کن. این کار بهتون کمک می‌کنه تا جریان هوا را به صورت واضح‌تر مشاهده کنین
اندازه‌گیری دما:
با استفاده از ترمومتر، دمای جسم سرد را اندازه‌گیری کنید. این می‌تواند دمای محیط باشه یا دمای یک شیء سرد مثل یک بطری آب یخ‌زده.
تعیین ویژگی‌های جریان:
با مشاهده جریان هوا و اندازه‌گیری دمای جسم سرد ویژگی‌های جریان را مشخص کنید. به طور خاص، تلاش کنید تا سرعت جریان هوا و نقطه شروع توربولانس را تشخیص بدین
محاسبه عدد رینولدز:
با استفاده از مقادیر چگالی هوا (ρ)، ویسکوزیته هوا (μ) و سرعت جریان هوا (V) عدد رینولدز را محاسبه کنی
. می‌توانید قطر مشخصه D را به عنوان قطر جسم سرد در نظر بگیرین.
اندازه‌گیری ضریب انتقال حرارت:
با استفاده از تغییرات دما در جسم سرد و دمای محیط ضریب انتقال حرارت را اندازه‌گیری کنید. برای این کار می‌تونین از رابطه Q=hAΔT استفاده کنین که Q مقدار حرارت منتقل شدهℎ ضریب انتقال حرارتA مساحت سطح جسم سرد و ΔT تغییر دماهستش
تصویر

ارسال پست