تمت مناقشة رسالة الدكتوراه الموسومة “ بحث تاثير حقن الفقاعات على معاملات الانتقال الحراري لجريان ماء في اسطوانة مثبتة عموديا” للطالبة ساجدة لفته غشيم في قسم الهندسة الميكانيكية / جامعة بغداد وقد اشرف على اعداد الرسالة أ.د. نجدت نشات عبد الله و أ.م. د. أكرم وهبي عزت
وتالفت لجنة المناقشة من:-
1- أ.د. ياسين خضير سلمان (رئيسا )
2- أ.د. سعد محسن صالح ( عضوا )
3- أ. د. وحيد شاتي محمد (عضوا )
4- أ.د. ماجد حميد مجيد (عضوا )
5- أ.م.د. بسمة عباس عبد المجيد (عضوا)
بعد امتحان لجنة المناقشة الطالبة في محتويات الرسالة ، قررت اللجنة منح الطالبة شهادة الدكتوراه .
ملخص بحث الطالبة هو كالاتي :
في هذا البحث كانت الفكرة الرئيسية دراسة نظرية وعملية لجريان مائع ثلاثي الابعاد ،مستقر، مضطرب وطباقي خلال اسطوانة عمودية مصنوعة من النحاس تحت تاثير الفيض الحراري مع حقن الفقاعات . تم دراسة تاثير فقاعات التحلل الكهربائي للجريان الطباقي والمضطرب ودراسة تاثير فقاعات الهواء للجريان المضطرب ايضا . الاسطوانة العمودية عبارة أنبوب دائري مصنوع من النحاس ذات ابعاد (طول = 0.7متر ، قطر = 0.05متر، سمك = 1.5 ملم). السائل المستخدم الماء ودرجة حرارة الماء في الدخول مثبتة الى 32 درجة سيليزية . في الجريان المضطرب: معدل الفيض الحراري : (27264، 36316، 45398 ) واط / مترمربع ، رقم رينولدز : (5269 إلى 10528) ، معدل تدفق الماء: (10،12،14،16،18) لتر/ دقيقة ، معدل تدفق الهواء : (1.5، 3، 4) لتر / دقيقة ، معدل فقاعات (الهيدروجين والأكسجين) : (0.020، 0.025،0.076 ) لتر/ دقيقة ، رقم كراشوف : 1.42 * 108 إلى 2.39 * 1010 . بينما في الجريان الطباقي : معدل الفيض الحراري : (22276، 13641 ) واط / مترمربع ، رقم رينولدز : ( 1214 إلى 2300) ، معدل تدفق الماء: (2، 3، 4) لتر / دقيقة ، معدل فقاعات (الهيدروجين والأكسجين) : (0.020، 0.025) لتر / دقيقة ، رقم كراشوف : 7.5 * 107 إلى 1.19*.108
في الجزء العملي تم بناء منظومة متكونة من مجموعة من الاجزاء من ضمنها منطقة الاختبار وهي عبارة عن اسطوانة عمودية مسخنة بواسطة هيتر كهربائي على السطح الخارجي . تم قياس درجات الحرارة في سبع مناطق موزعة على طول الانبوب. في كل منطقة خمسة ثرموكبل مرتبة من مركز الاسطوانة الى السطح الخارجي . بالاضافة الى قياس درجة حرارة الماء في الدخول والخروج. أيضا تم قياس الضغط على طول الأنبوب، وكذلك مدخل ومخرج الانبوب .تم حقن الفقاعات الى انبوبة الاختبار اما عن طريق حقن الهواء مباشرة أو عن طريق التحليل الكهربائي للماء باستخدام عملية التأين عبر القطب الموجب والسالب للأقطاب الكهربائية لإنتاج فقاعات الهيدروجين وفقاعات الأكسجين في كثافات مختلفة.
في النموذج الرياضي تم استخدام المعادلات التفاضلية لمنطقة الجريان الطباقي والمضطرب سواء كان الجريان احادي او متعدد الاطوار وهي معادلات الاستمرارية والزخم ومعادلة الطاقة بالاضافة الى نموذج الاضطراب (K-ε) . تم استخدام برنامج Fluent ( Ansys 15) مع برنامج Gambit 2.2.30 لحل هذه المعادلات . بالاضافة الى انه تم دراسة تاثير الفقاعات من خلال اختيار نموذج Euerian مع استخدام طريقة الحجوم المحددة لحل المعادلات التفاضلية .النتائج النظرية والعملية متمثلة بمخططات توزيع درجات الحرارة على طول الاسطوانة لنقاط مختلفة ، درجة حرارة الجدار، رقم نسلت موقعي على طول الاسطوانة ومتوسط رقم نسلت.
في الجريان المضطرب اظهرت النتائج النظرية أن قيمة متوسط رقم نسلت تحسنت بمقدار 33.4٪ بوجود فقاعات الهواء بمعدل 4 لتر/ دقيقة و فيض حراري 27264 واط /متر مربع، ومعدل تدفق الماء 10 لتر/ دقيقة. كما أظهرت النتائج العملية زيادة ملحوظة في متوسط رقم نسلت حوالي 26٪ تحت نفس الظروف . تم الحصول على علاقات تجريبية لمتوسط رقم نسلت من النتائج العملية . بالاضافة الى انه تم دراسة تاثير فقاعات التاين الكهربائي الا انه لم تسبب اي تحسن بمقدار رقم نسلت في منطقة الجريان المضطرب. تم مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها مع الدراسات المتوفرة متمثلة بقيمة رقم نسلت ودرجة حرارة الجدار للجريان احادي الطور .كذلك كانت نتائج المقارنة جيدة للجريان ثنائي الطور متمثلة بنسبة قيمة معامل انتقال الحرارة العملي / قيمة معامل انتقال الحرارة النظري .
في الجريان الطباقي اظهرت النتائج العملية أن نسبة متوسط رقم نسلت بوجود فقاعات التاين الكهربائي الى عدم وجود الفقاعات تحسنت بمقدار25.5 ٪ وهذه النسبة تزداد مع تناقص الفيض الحراري وزيادة معدل الفقاعات. تم الحصول على علاقات تجريبية لمتوسط رقم نسلت من النتائج العملية ايضا. هناك فرق بين النتائج النظرية و العملية سواء كان للجريان الاحادي الطور او متعدد الاطوار ويرجع ذلك بسبب خسائر الطاقة التي تحدث بالعملي ، دقة اجهزة القياس بالاضافة الى الفرضيات التي تم فرضها في الموديل الرياضي.
وتالفت لجنة المناقشة من:-
1- أ.د. ياسين خضير سلمان (رئيسا )
2- أ.د. سعد محسن صالح ( عضوا )
3- أ. د. وحيد شاتي محمد (عضوا )
4- أ.د. ماجد حميد مجيد (عضوا )
5- أ.م.د. بسمة عباس عبد المجيد (عضوا)
بعد امتحان لجنة المناقشة الطالبة في محتويات الرسالة ، قررت اللجنة منح الطالبة شهادة الدكتوراه .
ملخص بحث الطالبة هو كالاتي :
في هذا البحث كانت الفكرة الرئيسية دراسة نظرية وعملية لجريان مائع ثلاثي الابعاد ،مستقر، مضطرب وطباقي خلال اسطوانة عمودية مصنوعة من النحاس تحت تاثير الفيض الحراري مع حقن الفقاعات . تم دراسة تاثير فقاعات التحلل الكهربائي للجريان الطباقي والمضطرب ودراسة تاثير فقاعات الهواء للجريان المضطرب ايضا . الاسطوانة العمودية عبارة أنبوب دائري مصنوع من النحاس ذات ابعاد (طول = 0.7متر ، قطر = 0.05متر، سمك = 1.5 ملم). السائل المستخدم الماء ودرجة حرارة الماء في الدخول مثبتة الى 32 درجة سيليزية . في الجريان المضطرب: معدل الفيض الحراري : (27264، 36316، 45398 ) واط / مترمربع ، رقم رينولدز : (5269 إلى 10528) ، معدل تدفق الماء: (10،12،14،16،18) لتر/ دقيقة ، معدل تدفق الهواء : (1.5، 3، 4) لتر / دقيقة ، معدل فقاعات (الهيدروجين والأكسجين) : (0.020، 0.025،0.076 ) لتر/ دقيقة ، رقم كراشوف : 1.42 * 108 إلى 2.39 * 1010 . بينما في الجريان الطباقي : معدل الفيض الحراري : (22276، 13641 ) واط / مترمربع ، رقم رينولدز : ( 1214 إلى 2300) ، معدل تدفق الماء: (2، 3، 4) لتر / دقيقة ، معدل فقاعات (الهيدروجين والأكسجين) : (0.020، 0.025) لتر / دقيقة ، رقم كراشوف : 7.5 * 107 إلى 1.19*.108
في الجزء العملي تم بناء منظومة متكونة من مجموعة من الاجزاء من ضمنها منطقة الاختبار وهي عبارة عن اسطوانة عمودية مسخنة بواسطة هيتر كهربائي على السطح الخارجي . تم قياس درجات الحرارة في سبع مناطق موزعة على طول الانبوب. في كل منطقة خمسة ثرموكبل مرتبة من مركز الاسطوانة الى السطح الخارجي . بالاضافة الى قياس درجة حرارة الماء في الدخول والخروج. أيضا تم قياس الضغط على طول الأنبوب، وكذلك مدخل ومخرج الانبوب .تم حقن الفقاعات الى انبوبة الاختبار اما عن طريق حقن الهواء مباشرة أو عن طريق التحليل الكهربائي للماء باستخدام عملية التأين عبر القطب الموجب والسالب للأقطاب الكهربائية لإنتاج فقاعات الهيدروجين وفقاعات الأكسجين في كثافات مختلفة.
في النموذج الرياضي تم استخدام المعادلات التفاضلية لمنطقة الجريان الطباقي والمضطرب سواء كان الجريان احادي او متعدد الاطوار وهي معادلات الاستمرارية والزخم ومعادلة الطاقة بالاضافة الى نموذج الاضطراب (K-ε) . تم استخدام برنامج Fluent ( Ansys 15) مع برنامج Gambit 2.2.30 لحل هذه المعادلات . بالاضافة الى انه تم دراسة تاثير الفقاعات من خلال اختيار نموذج Euerian مع استخدام طريقة الحجوم المحددة لحل المعادلات التفاضلية .النتائج النظرية والعملية متمثلة بمخططات توزيع درجات الحرارة على طول الاسطوانة لنقاط مختلفة ، درجة حرارة الجدار، رقم نسلت موقعي على طول الاسطوانة ومتوسط رقم نسلت.
في الجريان المضطرب اظهرت النتائج النظرية أن قيمة متوسط رقم نسلت تحسنت بمقدار 33.4٪ بوجود فقاعات الهواء بمعدل 4 لتر/ دقيقة و فيض حراري 27264 واط /متر مربع، ومعدل تدفق الماء 10 لتر/ دقيقة. كما أظهرت النتائج العملية زيادة ملحوظة في متوسط رقم نسلت حوالي 26٪ تحت نفس الظروف . تم الحصول على علاقات تجريبية لمتوسط رقم نسلت من النتائج العملية . بالاضافة الى انه تم دراسة تاثير فقاعات التاين الكهربائي الا انه لم تسبب اي تحسن بمقدار رقم نسلت في منطقة الجريان المضطرب. تم مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها مع الدراسات المتوفرة متمثلة بقيمة رقم نسلت ودرجة حرارة الجدار للجريان احادي الطور .كذلك كانت نتائج المقارنة جيدة للجريان ثنائي الطور متمثلة بنسبة قيمة معامل انتقال الحرارة العملي / قيمة معامل انتقال الحرارة النظري .
في الجريان الطباقي اظهرت النتائج العملية أن نسبة متوسط رقم نسلت بوجود فقاعات التاين الكهربائي الى عدم وجود الفقاعات تحسنت بمقدار25.5 ٪ وهذه النسبة تزداد مع تناقص الفيض الحراري وزيادة معدل الفقاعات. تم الحصول على علاقات تجريبية لمتوسط رقم نسلت من النتائج العملية ايضا. هناك فرق بين النتائج النظرية و العملية سواء كان للجريان الاحادي الطور او متعدد الاطوار ويرجع ذلك بسبب خسائر الطاقة التي تحدث بالعملي ، دقة اجهزة القياس بالاضافة الى الفرضيات التي تم فرضها في الموديل الرياضي.
