نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

آنالیز حساسیت فین مقطع-ثابت با ضریب هدایت وابسته به دما به‌کمک معادله الحاقی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
10.22060/mej.2026.25461.7948
چکیده
در این مقاله، اثر پارامترهای هندسی، ضریب هدایت وابسته به دما، ضریب انتقال حرارت جابجایی، و اختلاف دمای پایه و سیال در بازده حرارتی یک فین مقطع-ثابت بررسی می‌گردد. از آنالیز حساسیت الحاقی استفاده می‌شود. معادله پایستگی انرژی در حالت پایا و یک بعدی در نظر گرفته شده و معادله الحاقی متناسب تشکیل می‌شود. شرایط مرزی برای حل معادله الحاقی بر اساس دمای پایه فین و جابجایی در نوک فین معرفی می‌شوند. ضریب هدایت جسم بصورت یک مدل خطی نسبت به دما لحاظ می‌شود. معادلات پایستگی انرژی و الحاقی با استفاده از گسسته‌سازی تفاضل-محدود حل می‌شوند. تابع هدف بازدهی حرارتی فین است. تغییرات آن برای محدوده گسترده‌ای از پارامترهای مؤثر بررسی خواهد شد. نتایج نشان می‌دهند که افزایش جزئی برخی از پارامترها مانند سطح مقطع فین و ضریب هدایت مرجع نقش مثبتی در بازدهی فین داشته، حال آنکه پارامترهای دیگر مانند طول فین، محیط پیرامون فین، اختلاف دمای پایه و سیال، و ضریب جابجایی سیال، نقش منفی در بازدهی فین دارند. مقدار شیب تغییرات ضریب هدایت در مدل خطی، نقش دوگانه‌ای در بازدهی داشته، بگونه‌ای که مقادیر مثبت آن در بهبود بازدهی مؤثر بوده و مقادیر منفی آن باعث کاهش بازدهی فین می‌شود. همچنین، عدد بایو (در راستای فین)، به عنوان یک پارامتر ترکیبی بی‌بعد، نقش منفی اما قابل توجهی در بازدهی فین داشته به‌گونه‌ای که اثر آن در نزدیکی مقدار 1/0 بیشینه است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Adjoint-Based Sensitivity Analysis of a Fixed Cross-Section Fin with Temperature-Dependent Conductivity

نویسنده English

Behzad Baghapoor
Amirkabir University Of Technology
چکیده English

In this paper, the sensitivity of the efficiency of a fixed cross-sectional fin with temperature-dependent thermal conductivity to various parameters is investigated using the adjoint equation. A one-dimensional steady-state formulation is assumed for both the governing energy equation and the corresponding adjoint equation. The appropriate boundary condition for a convective fin tip is derived for the adjoint variable. The energy and adjoint equations are solved numerically using a finite-difference scheme. The results indicate that a slight increase in certain parameters, such as the cross-sectional area and the base thermal conductivity, leads to an improvement in fin efficiency. In contrast, increasing parameters such as the fluid heat transfer coefficient and the fin length results in a reduction in efficiency. The slope factor in the linear thermal conductivity model exhibits a non-monotonic effect: for negative values, increasing the slope reduces fin efficiency, whereas for positive values, it enhances the efficiency. Furthermore, the Biot number defined along the fin length shows a pronounced negative influence on fin efficiency as it increases. Its most significant impact occurs around a Biot number of 0.1, corresponding to the transition from a nearly uniform temperature distribution to a regime with a pronounced internal temperature gradient.

کلیدواژه‌ها English

Sensitivity analysis
fin efficiency
temperature-dependent conductivity
adjoint equation
finite-difference method

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 26 اردیبهشت 1405