Πειραματική και υπολογιστική μελέτη της ροής λιπαντικού σε κιβώτιο με περιστρεφόμενο δίσκο:
Creators: name: Σεραλίδου, Κυπριανή Β.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Υπολογιστική ρευστομηχανική
Ροή λιπαντικού
Μετάδοση θερμότητας
Περιστρεφόμενος δίσκος
Computational fluid dynamics
Oil flow
Heat transfer
Rotating disk

description: Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η πειραματική και υπολογιστική μελέτη της ροής λιπαντικού που προκαλείται από περιστρεφόμενο δίσκο, καθώς και η μετάδοση θερμότητας από θερμαινόμενο δίσκο προς λιπαντικό. Αρχικά μελετήθηκε το πεδίο ροής που προκύπτει από περιστρεφόμενο δίσκο ο οποίος έρχεται σε επαφή με αέρα σε ανοικτό χώρο με χρήση του προγράμματος υπολογιστικής ρευστομηχανικής FLUENT. Διαπιστώθηκε ότι αναπτύσσεται το Ekman layer στην επιφάνεια του περιστρεφόμενου δίσκου, ενώ εμφανίζονται δύο μικρές τοροειδείς ελικοειδείς δίνες, συμμετρικές, στην κυλινδρική περιοχή του δίσκου. Τα αποτελέσματα της μετάδοσης θερμότητας επιβεβαίωσαν τις σχέσεις της βιβλιογραφίας τόσο τις θεωρητικές όσο και τις πειραματικές. Στην περιοχή των μέγιστων αριθμών Reynolds, τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν μία απότομη αύξηση του συντελεστή συναγωγής. Ακολούθησε η επίλυσης της ροής με μοντέλο τύρβης k-ε το οποίο έδωσε καλύτερη εικόνα της ροής και της μετάδοση θερμότητας στην κορυφή του δίσκου όπου υπάρχει τοροειδείς δίνη. Κατόπιν μελετήθηκε η ροή που δημιουργείται σε κλειστό κυλινδρικό χώρο λιπαντικού από περιστρεφόμενο δίσκο, καθώς και της μετάδοσης θερμότητας από τον περιστρεφόμενο δίσκο στο λιπαντικό και η εύρεση της σχέσης που εκφράζει τον συντελεστή συναγωγής στην επιφάνεια του περιστρεφόμενου δίσκου. Η ροή στην περίπτωση αυτή είναι στρωτή και τα υπολογιστικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την ύπαρξη ενός τρισδιάστατου οριακού στρώματος πάνω στον περιστρεφόμενο δίσκο, Ekman layer και ενός πάνω στον ακίνητο δίσκο, Bödewadt layer το οποίο είναι και το κυρίαρχο στην περιοχή του άξονα περιστροφής. Χαρακτηριστικό της ροής στην περιοχή του άξονα περιστροφής είναι η κεντρική ελικοειδής δίνη με κατεύθυνση της ροής από το σταθερό προς τον περιστρεφόμενο δίσκο και η εμφάνιση της δίνης τύπου φυσαλίδας. Κατόπιν κατασκευάστηκε πειραματική διάταξη που περιλάμβανε ένα κλειστό κυλινδρικό χώρο στη βάση του οποίου τοποθετήθηκε περιστρεφόμενος δίσκος μικρότερης διαμέτρου, με εσωτερική θερμική αντίσταση για δημιουργία σταθερής θερμοροής. Στόχος ήταν να μετρηθεί η θερμοκρασία της επιφάνειας του δίσκου για δεδομένη θερμοροή καθώς και η θερμοκρασία στα τοιχώματα του χώρου του λιπαντικού. Από τη σύγκριση των θεωρητικών και πειραματικών αποτελεσμάτων προέκυψε η σχέση που εκφράζει τον αδιάστατο συντελεστή συναγωγής Nusselt για την περίπτωση του λιπαντικού, σε σχέση με τον αριθμό Reynolds.
description: The subject of the present thesis is the experimental and computational investigation of oil flow caused by disk rotation and also the heat transfer from the rotating disk to the oil inside a closed domain. Fist, the flow caused by a rotating disk in open air was computationally investigated using FLUENT cfd code. 3D Ekman layer appeared on the surface of the rotating disk and a torroidal vortex on the cylindrical surface of the disk. Heat transfer computational measurements showed good agreement with experimental measurements at low Reynolds numbers on the rotating disk surface. At high Reynolds numbers experimental Nusselt number showed a rapid increase. Then k-e turbulent model was chosen and computational and experimental results showed good agreement in the area of maximum disk radius. Then, the oil flow inside a closed cylindrical domain caused by a rotating disk was computationally and experimentally investigated. The computational results showed 3D Ekman boundary layer on the rotating disk surface, a 3D Boedewadt layer on the surface of the steady disk and a bubble vortex in the center of the computational domain. Then, an experimental equipment was designed and constructed and the heat transfer measurements on the rotating disk surface and the closed domain walls took place and showed good agreement with the computational results. The comparison between computational and experimental heat transfer results gave the relation between Nusselt, Reynolds and Prandtl number for lubrication oil.