اثر جریان بر روی تنش‌ها و کرنش‌های حرارتی در پره های حلقوی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده ریاضی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 ریاضی، دانشکده ریاضی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

3 عضو هیئت علمی دانشگاه سیستان و بلوچستان، دانشکده شهید نیکبخت، گروه مهندسی مکانیک

چکیده

در این مقاله، به تاثیر جریان گذرای اطراف یک پره حلقوی بر روی تنش ها و کرنش های حرارتی آن پرداخته می شود. نتایج به دست آمده از تنش حرارتی پره در دو حالت کلی بدون جریان سیال و با جریان سیال اطراف پره بررسی می شوند. نتایج به دست آمده از این بررسی ها نشان می دهد که تنش های حرارتی ایجاد شده در حالت بدون جریان و با جریان )جریان خارجی( در پره تفاوت زیادی در لحظه های اولیه با هم ندارد. همچنین نتایج نشان می دهد که مکان بدترین تنش مماسی در دو حالت با جریان خارجی و بدون جریان تغییر نمیکند اما مقدار آن در حالت با جریان بیشتر است. عالوه بر آن تنش مماسی در حالت با جریان متقارن نبوده و مکان بدترین تنش اگرچه در پایه پره است اما در ناحیه جلوی پره اتفاق می افتد. همچنین در حالت با جریان به علت توزیع دمای دو بعدی ایجاد شده در پره کرنشهای حرارتی نامتقارن و در نتیجه تنش های حرارتی نامتقارن با مقادیر قابل مالحظه ایجاد می شود که هیچ کدام از این موارد در حالت بدون جریان مشاهده نمیگردد. بنابراین طبق نتایج حاصل از این مقاله تحلیل جریان اطراف پرههای حلقوی برای محاسبه تنش های حرارتی امری ضروری به حساب می آید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Impact of Flow around Annular Fins on their Thermal Stresses and Strains

نویسندگان [English]

  • mojtaba Hosseini 1
  • ali hatami 2
  • samira payan 3
1 Department of Mathematics, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran,
2 Department of Mathematics, University of Sistan and Baluchestan,zahedan, Iran
3 Department of mechanical engineering, University of Sistan and Baluchestan, Iran
چکیده [English]

This study considers the impact of transient flow around an annular fin on the development of thermal stresses and strains. The fin thermal stress results were solved for two general cases with and without flow around the fin. The investigations are shown that the thermal stresses developing in the fin are initially similar in the two cases (with no flow and with the external flow). Furthermore, the results show that the maximum tangential stress takes place at the same location in the two cases but those are different. In addition, the tangential is not symmetrical in the case with the flow and the maximum stress, although at the base of the fin, is located in the flow front. Moreover, in the case with the flow, the two-dimensional temperature distribution results in a considerable asymmetrical thermal strain and consequently, asymmetrical thermal stress none of which are observed in the case without flow. Therefore, according to the results, the analysis of the flow around annular fins is essential for calculating thermal stresses.

کلیدواژه‌ها [English]

  • finite element method
  • Finite volume method
  • Thermal stress and strain
  • Free Flow around an annular fin
  • Flow around the bank of annular fins

مراجع

1. Shang - Sheng. Wu, Analysis on transient thermal stresses in an annular fin. J. Thermal Stresses. 20 (1997) 591-615.
2. L. -T. Yu, Chin-Kang. Chen, Application of the Hybrid Method to the Transient Thermal Stresses Response in Isotropic Annular Fins J. APPL. MECH. 66 (1999) 340-346.
3. C. -H. Chiu, C. -K. Chen, Application of the decomposition method to thermal stresses in isotropic circular fins with temperature-dependent thermal conductivity. J. Acta Mechanica. 157 (2002) 147–158.
4. I. Aksoy, Thermal analysis of annular fins with temperature-dependent thermal properties. J. Applied Mathematics and Mechanics. 34 (2013) 1349-1360.
5. R. Roy, S. Ghosal, Homotopy perturbation method for the analysis of heat transfer in an annular fin with temperature-dependent thermal conductivity. J. Heat Transfer. 139 (2016) 1215-1223.
6. Huan.-S. Peng, Chieh. -L. Chen, Hybrid differential transformation and finite difference method to annular fin with temperature dependent thermal conductivity. J. Heat and Mass Transfer. 54 (2011) 2427–2433.
7. C. Arslanturk, Simple correlation equations for optimum design of annular fins with uniform thickness. Applied Thermal Engineering. APPL. THERM. ENG. 25 (2004) 2463-2468.
8. A. Aziz, The effects of internal heat generation, anisotropy, and base temperature nonuniformity on heat transfer from two-dimensional rectangular fins. Heat Transfer Engineering. 14 (1993) 63-70.
9. Wah. Lau, C. W. Tan, Errors in one-dimensional heat transfer analysis in straight and annular fins. J. Heat Transfer. 95 (1973) 549-551.
10. A. Ghorbanpour Arani, M. Abdollahian, Z. Khoddami Maraghi, Thermo-elastic analysis of a non-axisymmetrically heated FGPM hollow cylinder under multi-physical fields, International Journal of Mechanics and Materials in Design, 11 (2) 157-171.
11. MJ Khoshgoftar, A Ghorbanpour Arani, M Arefi. Thermoelastic analysis of a thick walled cylinder made of functionally graded piezoelectric material. Smart Materials and Structures, 18(11): 115007, 2009.
12. A Ghorbanpour Arani, S Amir, V Sadooghi, M Mohammadimehr. Thermal Stress Analysis of a Composite Cylinder Reinforced With FG SWCNTs. Journal of Solid Mechanics, 3(2): 132-141, 2011.
13. A. Mallick, R. Das, Application of simplex search method for predicting unknown parameters in an annular fin subjected to thermal stresses. J. Thermal Stresses. 37 (2014) 236-251.
14. M. T. Darvishi, F. Khani, A. Aziz, Numerical investigation for a hyperbolic annular fin with temperature dependent thermal conductivity. J. Propulsion and Power Research. 5 (2016)55-62.
15. M. Sudheer, G. Vignesh Shanbhag, P. Kumar, and S. Somayaji, Finite element analysis of thermal characteristics of annular fins with different profiles. J. Engineering and Applied Sciences. 7 (2012) 750-759.
16. M. S. Mon, Numerical investigation of air-side heat transfer and pressure drop in circular finned-tube heat exchangers. Ph.D. Thesis, Technische Universitat Bergakademie Freiberg, Freiberg, Germany, 2003.
17. H. Shokouhmand, Sh. Mahjoub, M. R. Salimpour, Constructal design of finned tubes used in air-cooled heat exchangers. J. Mechanical Science and Technology. 28 (2014) 2385-2391.
18. H. Nemati, M. A. Moghimi, Numerical study of flow over annular-finned tube heat exchangers by different turbulent Models. CFD Letters. 6 (2014) 101-112.
19. Mohammad. Irfan, Walter. Chapman, Thermal stresses in radiant tubes due to axial, circumferential and radial temperature distributions. APPL. THERM. ENG. 29. (2009) 1913-1920.
20. Yaohui. Lu, Xing. Zhang, Penglin. Xiang, Dawei. Dong, Analysis of Thermal Temperature Fields and Thermal Stress under Steady Temperature field of Diesel Engine Piston. APPL. THERM. ENG. 113 (2016) 796-812.
21. Carolina. Marugan-Cruz, Oscar. Flores, Domingo. Santana, M. García-Villalba, Heat transfer and thermal stresses in a circular tube with a non-uniform heat flux. International Journal of Heat and Mass Transfer. 96 (2016) 256-266.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 52، شماره 1
فروردین 1399
صفحه 203-220

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار