Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Yatay Soğuk Yüzeylerde Donun CFD Simülasyonu

574 görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/68133

⸱

12 Eylül 2025

 ,  ,  ,  ,  , 
1School of Municipal and Environment Engineering, Shenyang Jianzhu University, 2Shenyang Polytechnic College, 3Laboratory of Thermo-fluid Science and Nuclear Engineering, School of Energy and Power Engineering, Northeast Electric Power University

Bu makalede

Özet

Burada, Lee faz değişimi yaklaşımıyla bir Euler çok fazlı modeli kullanarak yatay soğuk yüzeylerde don oluşumunu simüle etmek için sayısal bir model sunuyoruz. Model, yoğunluk değişimini yakalamak için don hacmi oranını dinamik olarak günceller ve don kalınlığı, yoğunluğu ve dağılımına ilişkin deneysel verilere göre doğrulanır.

Özet

Don oluşumu, soğutma, inşaat ve doğal gaz işleme dahil olmak üzere birçok farklı alanda gözlemlenen yaygın bir olgudur. Ancak karmaşık yapısı nedeniyle doğru ve güvenilir bir sayısal model geliştirmek önemli bir zorluk olmaya devam etmektedir. Bu sorunu çözmeye yönelik önceki çabalara rağmen mevcut modellerin hâlâ bazı sınırlamaları var. Bu makale, don oluşumunun altında yatan temel mekanizmalara dayalı olarak geliştirilmiş, don oluşumu için değiştirilmiş bir sayısal model sunmaktadır. Model, Lee faz değişim modeliyle birleştirilmiş bir Euler çok fazlı akış yaklaşımını kullanır. Buna ek olarak, maksimum donma hacmi fraksiyonunu belirleme yaklaşımı güncellenerek modelin buzlanma işlemi sırasında yoğunluk değişimlerini dikkate alması sağlanır. Model, çeşitli çalışmalardan elde edilen kalınlık, yoğunluk ve dağılıma ilişkin deneysel verilerle karşılaştırılarak titizlikle doğrulanır. Sonuçlar, don kalınlığı için ortalama mutlak bağıl sapmanın (MARD) %8,97, yoğunluk için MARD'ın ise %16,06 olduğunu göstermektedir. Ayrıca, model tarafından tahmin edilen don morfolojisi, referansta bildirilen deneysel gözlemlerle yakından eşleşmektedir.

Giriş

Don oluşumu birçok farklı alanda gözlemlenen yaygın bir olgudur. Isı eşanjörü yüzeylerinde don birikmesi, ısı transfer verimliliğini önemli ölçüde bozar1, sıvı akışını engeller ve ısı eşanjörlerinin 2 genel performansını bozarve sonuçta normal çalışmalarını engeller3. Bu nedenle, don oluşumunun mekanizmalarını ve davranışını anlamak, soğutma sistemlerindeki bu sorunu çözmek için kritik öneme sahiptir4. Son yıllarda, bu sistemlerde don oluşumunun nedenlerini ve özelliklerini araştırmaya yönelik önemli sayıda araştırma yapılmıştır.

Deneysel çalışmalar, don oluşumunun hava sıcaklığı, nem ve soğuk yüzeyin sıcaklığı 5,6,7,8,9,10 gibi çeşitli faktörlerden etkilendiğini göstermiştir. Çok sayıda deneysel bulgu, daha düşük gelen hava sıcaklıklarının daha kalındon katmanlarına 6 neden olma eğiliminde olduğunu, daha yüksek nem seviyelerinin ise daha yoğun don katmanlarının oluşumuna katkıda bulunduğunu göstermiştir7. Song ve ark. yatay yüzeylerde don oluşumunu incelediler ve soğuk yüzeyin döngüsel sıcaklık değişimlerinin don tabakası arayüzünde erimeye neden olabileceğini ve bunun da don oluşum hızını, don tabakası kalınlığını ve dinamik don yoğunluğunu önemli ölçüde etkilediğini buldular8. Diğer araştırmalar donun hem morfolojisini hem de dağılımını incelemiştir. Jeong ve ark. deneylerinde donun başlangıçta girişin yakınında oluştuğunu ve don tepesi9 olarak bilinen bir fenomenin ortaya çıkmasına yol açtığını gözlemlediler. Noorshams ve ark. yatay dairesel bir boru yüzeyinde don oluşumunu araştırdılar ve silindirin ön ve arka yüzeylerindeki don tabakalarının üst yüzeylerdekilerden daha kalın olduğunu buldular10. Ek olarak, çeşitli çalışmalar 11,12,13,14,15,16, hem teorik hem de ampirik yaklaşımlarla birlikte deneysel don oluşum modellerini kullanarak tek boyutlu don tabakası kalınlığını tahmin etmek için modeller geliştirmiştir. Jones ve Parker, moleküler difüzyon teorisine11 dayalı olarak don kalınlığı için tahmine dayalı bir model geliştirdiler. Modelleri ile deneysel verileri arasındaki tutarsızlık 3 saatlik bir süre boyunca %30'un altında kaldı. Hesaplamalı teknolojinin ilerlemesiyle birlikte, giderek artan sayıda araştırmacı don oluşumunu simüle etmek için Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiğine (CFD) yöneldi. Geleneksel tek boyutlu modellerin aksine, CFD simülasyonları, özellikle donma kalınlığı dağılımını ve sıcaklık profillerini görselleştirmede önemli faydalar sağlar. Cui ve ark. çekirdeklenme teorisine dayalı olarak don oluşumunun CFD simülasyonlarını gerçekleştirdi12. Don kalınlığı tahminleri, Lenic ve ark.13 tarafından sağlanan deneysel verilerden %13'ten daha az bir sapma göstermiştir. Buna paralel olarak, yapılandırılmış borularda yoğuşma üzerine yapılan CFD çalışmaları, çukurlar14 veya sarmal hatveler15 gibi geometrik özelliklerin yerel ısı ve kütle transferini arttırdığını göstermiştir. Son zamanlarda, You ve ark.16, don tabakasını büyüyen gözenekli bir ortam olarak karakterize eden ve doğrudan buhar difüzyonunu içeren, düşük hesaplama maliyetini korurken %5'ten daha az bir nispi sapma elde eden dinamik ağ tabanlı bir CFD modeli geliştirmiştir. Bu bulgular, CFD'nin karmaşık faz değişimi olaylarını çözme potansiyelinin altını çiziyor ve don oluşumu modellemesi için değerli bilgiler sunuyor.

Sonuç olarak, önemli sayıda çalışma 5,6,7,8,9,10,11,12,13 soğuk yüzeylerde don oluşumunu araştırmış ve çeşitli parametreler altında don oluşum modellerinin anlaşılmasına katkıda bulunmuştur. Çeşitli boyutları ve mekanizmaları içeren çok sayıda sayısal model geliştirilmiş olmasına rağmen, bunlar sıklıkla kapsamlı doğrulamadan yoksundur. Çoğu çalışma 6,7,8,9,10,11,12,13, öncelikle donma kalınlığını kullanan modelleri doğrular ve daha geniş uygulanabilirliklerini sınırlar16. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için bu makale, don oluşumunun altında yatan temel mekanizmalara vurgu yaparak Lee faz değişim modelini ve Euler çok fazlı akış modelini birleştiren sayısal bir model sunmaktadır. Ayrıca, don yoğunluğundaki zamana bağlı değişiklikleri dikkate alarak don hacmi fraksiyonunun üst sınırını hesaplamak için yeni bir yöntem tanıtılmış ve böylece önceki modellerin eksiklikleri giderilmiştir. Önerilen modelin doğruluğu ve güvenilirliği, farklı deney koşullarında don kalınlığı, yoğunluk dalgalanmaları ve don oluşum modelleri dahil olmak üzere çeşitli açılardan değerlendirilmektedir. Bu kapsamlı doğrulama, gerçek dünya uygulamalarında donma davranışını daha doğru bir şekilde tahmin etmek için sağlam bir teorik çerçeve sunar.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. Fiziksel model ve ağ

  1. SpaceClaim'i açın, Çizim sekmesini seçin ve Oluştur işlevinin altındaki Dikdörtgen seçeneğini belirleyin.
  2. XOY düzleminde x ekseni boyunca 500 mm uzunluğa ve y ekseni boyunca 15 mm genişliğe sahip 2 boyutlu bir geometrik model oluşturun.
  3. ICEM'i açın, Dosya sekmesine gidin, Geometri sekmesini seçin, ardından Geometriyi Aç'ı seçin ve 2B geometri modelini içe aktarın.
  4. 2B Modelin Sınırını seçin, Parçalar sekmesi altında Parça Oluştur işlevini açın ve farklı sınırlara adlar atayın.
  5. Engelleme sekmesini seçin, ardından Engelleme Oluştur'a tıklayın. Blok Oluştur penceresinde, Parça Adını Devral seçeneğini işaretleyin. Ardından Blok Oluştur sekmesine gidin ve Bloğu Başlat'ı seçin.
  6. Blokları Başlat sekmesinde, tür olarak 2B Yüzey Engelleme'yi seçin ve Ayarlarla Başlat'ı işaretleyin.
  7. Seç sekmesi altında, Yöntem seçeneği için Form Yüzeyi'ni seçin. Ardından, Yüzeyler altında, Yüzeyleri Seç simgesini tıklatın ve grafik penceresinde 2B Düzlem'i seçin.
  8. Yüzey Engelleme sekmesi altında, Yöntem seçeneği için Çoğunlukla Eşlenmiş'i , Serbest Yüz Mesh Türü için Tüm Dörtlü'yü ve Serbest Yüz Mesh Yöntemi için ICEM CFD Dörtlü'yü seçin.
  9. Eğriler Arasında Blokları Birleştir sekmesinin altında, Yöntem için Tümü'nü seçin ve Yoksayma Boyutu'nu 0,0 olarak ayarlayın.
  10. Mesh Öncesi Parametreler sekmesinde, Meshleme Parametreleri'nin altında Kenar Parametreleri'ne tıklayın. Kenar altında, Kenar Seç simgesine tıklayın ve grafik arayüzde X yönünde Kenar'ı seçin.
  11. Meshleme Parametreleri altında, Düğümler 500, Aralık 1 - 1e+10, Oran 1 - 2, Aralık 2 - 1e+10, Oran 2 - 2 ve Maksimum Boşluk 1e+10 olarak ayarlayın. Ardından Parametreleri Kopyala seçeneğini işaretleyin.
  12. Meshing Parametreleri seçeneğinin altında, Mesh Yasası'nı BiGeometric olarak ayarlayın ve Uygula'ya tıklayın. Mesh Öncesi Parametreler sekmesinde, Meshleme Parametreleri seçeneğinin altında Kenar Parametreleri'ne tıklayın.
  13. Meshleme Parametreleri altındaki Kenar seçeneği için, Kenar(lar)ı Seç simgesine tıklayın ve grafik arayüzde y yönünde kenarı seçin.
  14. Meshleme Parametreleri altında, Düğümler 150, Aralık 1 - 1e+10, Oran 1 - 2, Aralık 2 - 1e+10, Oran 2 - 2 ve Maksimum Boşluk 1e+10 olarak ayarlayın. Ardından Parametreleri Kopyala seçeneğini işaretleyin.
  15. Meshing Parametreleri seçeneğinin altında, Mesh Yasasını BiGeometric olarak ayarlayın ve Uygula'ya tıklayın. Engelleme seçeneği altında, Pre-Mesh işlevini etkinleştirin ve istendiğinde Evet'e tıklayın.
  16. Ön Mesh'e sağ tıklayın, ardından bağlam menüsünden Yapılandırılmamış Mesh'e Dönüştür'ü seçin.
  17. Çıktı Ağı sekmesine gidin ve Çözücü Kurulumu'na tıklayın. Çözücü Kurulumunda, çözücü olarak ANSYS Fluent'i seçin ve Uygula'ya tıklayın.
  18. Çıktı sekmesi altında, Girdi Yaz'a tıklayın. Yeni Pencere 1'de Kaydet'e tıklayın; yeni pencere 2'de Evet'i ve ardından Kaydet'i tıklayın; yeni pencere 3'te Aç'a tıklayın; ve yeni pencerede 4, tıklayın tamam.

2. Don oluşumu simülasyon yazılımının çalışması

  1. Ansys Fluent'i açın. Dosya sekmesine gidin, ardından Okuma'nın altındaki Ağ seçeneğini seçin. Ölçek Ağı'na gidin ve Ağ Oluşturuldu altında mm'yi ayarlayın. Burada sunulan prosedür, Tablo 1'in Durum 1'inde tanımlanan deneysel koşullara dayanmaktadır.
  2. Çözücü ayarlarında Basınca Dayalı Tip , Mutlak Hız Formülasyonu ve Geçici Süre'yi seçin.
  3. Y yönünde Yerçekimi İvmesini -9.81 olarak ayarlayın. Modeller altında, Enerji'yi tıklatın ve Enerji Denklemi'ni etkinleştirin.
  4. Modeller altında, Viskoz'u etkinleştirin ve k-epsilon (2 eqn) öğesini seçin. k-epsilon Modeli bölümünün altında Standart'ı seçin.
  5. Duvara Yakın İşlem için Standart Duvar İşlevleri'ni seçin. Türbülans Çok Fazlı Modeli altında Karışım'ı seçin.
  6. Model Sabitleri seçeneği altında, Cmu, C1-Epsilon, C2-Epsilon, TKE Prandtl Numarası, TDR Prandtl Numarası, Dağılım Prandtl Numarası, Enerji Prandtl Numarası, Duvar Prandtl Numarası ve Türbülanslı Schmidt Numarasını sırasıyla 0,09, 1,44, 1,92, 1, 1,3, 0,75, 0,85, 0,85 ve 0,7 olarak ayarlayın.
  7. Kullanıcı Tanımlı İşlevler altında, Türbülanslı Viskozite karışımı, faz-1, faz-2'yi yok olarak ayarlayın. Modeller altında, Türler'e tıklayın ve Tür Aktarımı'nı etkinleştirin.
  8. Tür Taşıma Modeli penceresinde Difüzyon Enerji Kaynağı'nı işaretleyin ve faz-1'i seçin.
  9. Modeller altında, Çok Fazlı'yı etkinleştirin ve Euler modelini seçin. Çok Fazlı model penceresinde, Hacim Kesri Parametreleri Formülasyonu Örtük'ü seçin ve Euler Fazlarının Sayısı'nı 2 olarak ayarlayın.
  10. Çok fazlı model penceresinde Aşamalar sekmesini seçin, aşama-1 - Birincil Aşama'yı seçin, Adı aşama-1 olarak ayarlayın ve Aşama Malzemesi'ni karışım şablonu olarak ayarlayın.
  11. Çok fazlı model penceresinde Aşamalar sekmesini seçin, aşama-2 - İkincil Aşama'yı seçin, Adı aşama-2 olarak ayarlayın, Aşama Malzemesi'ni buz olarak ayarlayın ve Granüler'i etkinleştirin.
  12. Fazlar sekmesinin Fazlar kurulumu penceresinde, Faz Özelliği'ni Granüler Sıcaklık Modeli olarak seçin, Çap'ı 0,0001 olarak ayarlayın.
  13. Fazlar sekmesinin Granüler Özellikler penceresinde, Granüler Viskozite'yi 1e-05 olarak ayarlayın, Granüler Yığın Viskozitesi'ni 30 olarak ayarlayın, Katılar Basıncı'nı lun-et-al olarak ayarlayın, Granüler Sıcaklık'ı cebirsel olarak ayarlayın, Sürtünme Viskozitesi'ni yok olarak ayarlayın, Paketleme Sınırı'nı kullanıcı tanımlı olarak ayarlayın, Radyal Dağılım'ı lun-et-al olarak ayarlayın, Elastisite Modülü'nü türetilmiş olarak ayarlayın.
  14. Çok Fazlı Model penceresinin Faz Etkileşimi sekmesinde, Kuvvetler etiketini seçin. Ardından faz-1, faz-2'yi seçin, katsayıyı wen-yu olarak ayarlayın.
  15. Çok Fazlı Model penceresinin Faz Etkileşimi sekmesinde, Kuvvetler etiketini seçin. Ardından faz-2, faz-2'yi seçin, İade Katsayısını 0,9 olarak ayarlayın.
  16. Çok Fazlı Model penceresinin Faz Etkileşimi sekmesinde, Arayüzey Alanı sekmesini seçin. Ardından ia-simetrik seçeneğini seçin.
  17. Sınır Koşulları altında, Giriş'e tıklayın ve faz-1 sekmesini seçin, Faz seçeneğini faz-1 olarak ayarlayın.
  18. Faz-1 sekmesinin Hız Girişi penceresinde, Momentum sekmesini seçin, Hız Belirtimi Yöntemi'ni Büyüklük, Normal'i Sınır olarak ayarlayın, Referans Çerçevesi'ni Mutlak olarak ayarlayın ve Hız Büyüklüğü'nü 0,6 olarak ayarlayın.
  19. Faz-1'in Hız Girişi penceresinde Termal etiket'i seçin, Sıcaklık'ı 292,8 olarak ayarlayın. Faz-1 etiketinin Hız Girişi penceresinde Türler etiketi'ni seçin, h2o'yu 0,008202 olarak ayarlayın.
  20. Sınır Koşulları altında, Giriş'e tıklayın ve faz-2 etiketini seçin, Faz seçeneğini faz-2 olarak ayarlayın.
  21. Faz-2 etiketinin Hız Girişi penceresinde Momentum etiketini seçin, Hız Spesifikasyon Yöntemini 'Büyüklük, Sınıra Normal' olarak ayarlayın, Referans Çerçevesini Mutlak olarak ayarlayın, Hız Büyüklüğünü 0 olarak ayarlayın, Granüler Sıcaklığı 0,0001 olarak ayarlayın.
  22. Faz-2 etiketinin Hız Girişi penceresinde Termal sekmesini seçin, Sıcaklık'ı 273 olarak ayarlayın. Faz-2 etiketinin Hız Girişi penceresinde, Çok Fazlı sekmesini seçin, Hacim Fraksiyonu'nu 0 olarak ayarlayın.
  23. Sınır Koşulları altında, Çıkış'a tıklayın ve faz-1 etiketini seçin, Faz seçeneğini faz-1 olarak ayarlayın.
  24. faz-1 sekmesinin Basınç Çıkışı penceresinde Termal sekmesini seçin, Geri Akış Toplam Sıcaklığı'nı 300 olarak ayarlayın.
  25. faz-1 sekmesinin Basınç Çıkışı penceresinde, Türler sekmesini seçin, h2o'yu 0 olarak ayarlayın. Sınır Koşulları altında, Çıkış'a tıklayın ve faz-2 sekmesini seçin, Faz seçeneğini faz-2 olarak ayarlayın.
  26. Faz-2 sekmesinin Basınç Çıkışı penceresinde, Termal sekmesini seçin ve Geri Akış Toplam Sıcaklığı'nı 300 olarak ayarlayın.
  27. Faz-2 sekmesinin Basınç Çıkışı penceresinde, Çok Fazlı sekmesini seçin, Geri Akış Granüler Sıcaklığı 'nı 0,0001 olarak ayarlayın, Hacim Fraksiyonu Belirtim Yöntemi'ni Geri Akış Hacim Fraksiyonu olarak ayarlayın ve Geri Akış Hacim Fraksiyonu'nu 0 olarak ayarlayın.
  28. 2.28 Sınır Koşulları altında, Duvar'a tıklayın ve soğuk duvar sekmesini seçin, Faz seçeneğini karışım olarak ayarlayın.
  29. Soğuk duvar sekmesinin duvar penceresinde, Momentum sekmesini seçin, Duvar Hareketi seçeneğini Sabit Duvar olarak ayarlayın, Duvar Pürüzlülük Modelleri seçeneğini Standart olarak ayarlayın, Pürüzlülük Yüksekliği'ni 0 olarak ayarlayın ve Pürüzlülük Sabiti'ni 0,5 olarak ayarlayın.
  30. Soğuk duvar sekmesinin duvar penceresinde Termal sekmesini seçin, Termal Koşullar olarak Sıcaklık'ı seçin, Sıcaklık'ı 252,65 olarak ayarlayın ve Malzeme'yi çelik olarak ayarlayın.
  31. Çözüm altında, Yöntemler'e tıklayın ve Çözüm Yöntemleri penceresini açın. Çözüm Yöntemleri penceresinde, Basınç-Hız Birleştirme Şeması olarak Faz Bağlantılı BASİT'i seçin, Gradyan Uzamsal Ayrıklaştırma olarak En Küçük Kareler Hücresine Dayalı'yı seçin, Basınç Uzamsal Ayrıklaştırma olarak İkinci Derece'yi seçin, Yoğunluk Uzamsal Ayrıklaştırma olarak Birinci Dereceden Rüzgara Karşı'yı seçin, Momentum Uzamsal Ayrıklaştırma olarak Birinci Dereceden Rüzgara Karşı'yı seçin, Hacim Kesri Uzamsal Ayrıklaştırma olarak Birinci Dereceden Rüzgara Karşı seçeneğini belirleyin, Birinci Dereceden Rüzgara Karşı 'ı seçin Türbülanslı Kinetik Enerji Uzamsal Ayrıklaştırma, Türbülanslı Dağılım Oranı Uzamsal Ayrıklaştırma olarak Birinci Dereceden Rüzgara Karşı'yı seçin, Enerji Uzamsal Ayrıklaştırma olarak Birinci Dereceden Rüzgara Karşı'yı seçin, faz-1 h2o Uzamsal Ayrıklaştırma olarak Birinci Dereceden Rüzgara Karşı'yı seçin, Geçici Formülasyon olarak Birinci Dereceden Örtük'ü seçin.
  32. Çözüm'ün altında, Denetimler'e tıklayın ve Çözüm Denetimleri penceresini açın. Basınç Yetersiz Gevşeme Faktörünü 0,4 olarak ayarlayın, Yoğunluk Yetersiz Gevşeme Faktörünü 1 olarak ayarlayın, Vücut Kuvvetleri Gevşeme Faktörünü 1 olarak ayarlayın, Momentum Gevşeme Altında Faktörünü 0,4 olarak ayarlayın, Hacim Fraksiyonu Gevşeme Altında Faktörü 0,4 olarak ayarlayın, Granüler Sıcaklık Gevşeme Faktörünü 0,3 olarak ayarlayın, Türbülanslı Kinetik Enerji Gevşeme Faktörünü 0,3 olarak ayarlayın, Türbülanslı Dağılım Oranı Gevşeme Faktörünü 0,3 olarak ayarlayın, Türbülanslı Viskozite Gevşeme Altında Faktörünü 0,3 olarak ayarlayın, Enerji Yetersiz Gevşeme Faktörünü 0,4 olarak ayarlayın, faz-1 h2o Yetersiz Gevşeme Faktörünü 0,4 olarak ayarlayın.
  33. Çözüm'ün altında, Başlatma'ya tıklayın ve Çözüm Başlatma penceresini açın. Başlatma Yöntemi olarak Standart Başlatma'yı seçin, Referans Çerçevesi olarak Hücre Bölgesine Göre'yi seçin.
  34. Çözüm Başlatma penceresinde, Gösterge Basıncı'nı 0 olarak ayarlayın, Türbülanslı Kinetik Enerji'yi 0,00135'e ayarlayın, Türbülanslı Dağılım Hızı'nı 0,001143987 olarak ayarlayın, faz-1 X Hız'ı 0 olarak ayarlayın, faz-1 Y Hızı'nı 0 olarak ayarlayın, faz-1 h2o'yu 0,008202'ye ayarlayın, faz-2 X Hız'ı 0 olarak ayarlayın, faz-2 Y Hızını 0 olarak ayarlayın, faz-2 Hacim Fraksiyonu'nu 0 olarak ayarlayın, faz-2 Granüler Sıcaklığı 0,0001'e ayarlayın, faz-2 Sıcaklığını 273'e ayarlayın. Ardından, Başlat'a tıklayın.

3. İşlem sonrası ve veri dışa aktarma yapılandırması

  1. Sonuçlar altında, Konturlar penceresini açmak için Konturlar'ı tıklatın. Konturlar penceresinde, Doldurulmuş, Düğüm Değerleri, Sınır Değerleri, Genel Aralık ve Otomatik Aralık seçeneklerini etkinleştirin. Tipin Konturları olarak Fazlar'ı seçin ve Hacim kesir'i seçin. Ardından, Aşama olarak Aşama 2'yi seçin ve Kaydet/Görüntüle'ye tıklayın.
  2. Hesaplama Etkinlikleri altında, Animasyon Tanımı penceresini açmak için Çözüm Animasyonları'na tıklayın.
  3. Animasyon Tanımı penceresinde, Her birinden sonra kaydet'i 1 olarak ayarlayın ve zaman adımını seçin. Depolama türü olarak HSF dosyasını seçin. Animasyon Nesnesi seçenekleri altında kontur-1'i seçin ve ardından Tamam'ı tıklatın.
  4. Sonuçlar altında, Yüzeyler seçeneğini seçin, ardından Yeni Çizgi/Tırmık Yüzeyi açmak için seçenek Çizgi/Tırmık Yüzeyi pencere.
  5. Çizgi/Tırmık Yüzeyi penceresinde Çizgi'yi etkinleştirin, x0 [m]'yi 0,21 olarak ayarlayın, x1 [m]'yi 0,21 olarak ayarlayın, y0 [m]'yi 0 olarak ayarlayın, y1 [m]'yi 0,015 olarak ayarlayın ve ardından Oluştur'u tıklatın.
  6. Dosya sekmesi altında, Hesaplama Sırasında altındaki seçenek İhracat. Ardından, Otomatik Dışa Aktarma penceresini açmak için Çözüm Verileri'ne tıklayın.
  7. Otomatik Dışa Aktarma penceresinde, Dosya Türü olarak ASCII'yi seçin. Konum olarak Hücre Merkezi'ni seçin, Sınırlayıcı olarak Boşluk'u seçin. Verileri Her Dışa Aktar'ı 1 olarak ayarlayın ve ardından Zaman Adımı'nı seçin. Yüzeyler seçeneğinin altında satır-1'i seçin. Miktarlar seçeneği altında, Yoğunluk (faz-2) ve Hacim Kesri (faz-2) seçeneklerini belirleyin. Ardından, Gözat'ı tıklayın, Dosya Seç penceresini açın. Dosya Seç penceresinin altında Tamam'ı tıklatın. Otomatik Dışa Aktarma penceresinin altında Tamam'ı tıklatın.
  8. Hesaplama Etkinlikleri altında, Otomatik Kaydet penceresini açmak için Otomatik Kaydet (Her Akış Zamanı) seçeneğini tıklatın. Ardından Veri Dosyasını Her Bir [s] Kaydet'i 100 olarak ayarlayın, Akış Süresi'ni seçin, İlişkili Servis Talebi Dosyalarını Kaydet Türü olarak Yalnızca Değiştirilirse seçeneğini belirleyin ve Tamam'ı tıklatın.
  9. Çözüm'ün altında, Hesaplamayı Çalıştır penceresini açmak için Hesaplamayı Çalıştır'a tıklayın. Ardından Zaman İlerleme Türü olarak Sabit'i ve Zaman İlerleme Yöntemi olarak Kullanıcı Tarafından Belirtilen'i seçin.
  10. Hesaplamayı Çalıştır penceresinde, Zaman Adımı Sayısı'nı 7200 olarak ayarlayın, Zaman Adımı Boyutu'nu 1 olarak ayarlayın, Maksimum Yineleme/Zaman Adımı 'nı 20 olarak ayarlayın, Raporlama Aralığı'nı 1 olarak ayarlayın ve Profil Güncelleme Aralığı'nı 2 olarak ayarlayın. Ardından, Hesapla'yı tıklatın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Önerilen değiştirilmiş sayısal model, don oluşumunun temel özelliklerini etkili bir şekilde yakalar. Don büyümesinin altında yatan temel mekanizmalara dayanır ve Lee faz değişim modeliyle birlikte Euler çok fazlı akış yaklaşımını kullanır. Bu yaklaşım, modelin maksimum donma hacmi fraksiyonunu güncellemesine ve böylece buzlanma süreci boyunca yoğunluk değişimlerini hesaba katmasına olanak tanır. Simülasyonlar, modelin don kalınlığı, yoğunluğu ve dağılımına ilişkin tahminleri çeşitli çalışmalardan elde edilen deneysel ver...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Bu çalışma, hacim fraksiyonunun üst sınırını hem zamana hem de çalışma koşullarına göre dinamik olarak ayarlayarak düşük sıcaklıkta, yatay soğuk bir yüzeyde don oluşumunu simüle edebilen ve böylece don yoğunluğundaki değişiklikleri yeniden üretebilen sayısal bir model geliştirmektedir. Burada sunulan doğrulama, geleneksel soğuk yüzey sıcaklıklarıyla sınırlı olsa da, model, simüle edilmiş ve deneysel don kalınlığı arasındaki maksimum sapmanın -%20'yi (MARD = %8,97) geçmediğini ve don yoğu...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar, bu makalede bildirilen çalışmayı etkilemiş gibi görünebilecek bilinen hiçbir rakip mali çıkarları veya kişisel ilişkileri olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

Bu araştırma (XLYC2203184), (U23A20657) ve (LJ222410153082) tarafından desteklenmektedir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
AkıcıANSYS
ICEMDassault sistemi
Uzay İddiasıANSYS

Kaynaklar

  1. Saygin, A., Basol, A. M., Arik, M. An experimental study on the frost formation over a flat plate: Effect of frosting on heat transfer. Exp Therm Fluid Sci. 144, 110862(2023).
  2. Fang, X., et al. A new frictional pressure drop correlation based on flow patterns for hydrocarbon refrigerants condensation flow. Int J Refrig. 170, 214-223 (2025).
  3. Rong, X., et al. Experimental study on a multi-evaporator mutual defrosting system for air source heat pumps. Appl Energy. 332, 120528(2023).
  4. Jia, Y., Xu, X., Li, Y., Liang, X., Yao, M. Experimental studies on frost and defrost of fine tube bundles under coolant temperature between −20 and −5 °C. Int J Heat Mass Transf. 116, 617-620 (2018).
  5. Song, M., Dang, C. Review on the measurement and calculation of frost characteristics. Int. J. Heat Mass Transf. 124, 586-614 (2018).
  6. Lee, J., Lee, K. -S. The behavior of frost layer growth under conditions favorable for desublimation. Int J Heat Mass Transf. 120, 259-266 (2018).
  7. Lee, Y. B., Ro, S. T. Frost formation on a vertical plate in simultaneously developing flow. Exp Therm Fluid Sci. 26 (8), 939-945 (2002).
  8. Mengjie, S., Shangwen, L., Hosseini, S. H., Xiaoyan, L., Zhihua, W. An experimental study on the effect of horizontal cold plate surface temperature on frosting characteristics under natural convection. Appl Therm Eng. 211, 118416(2022).
  9. Jeong, H., Byun, S., Kim, D. R., Lee, K. S. Frost growth mechanism and its behavior under ultra-low temperature conditions. Int J Heat Mass Transf. 169, 120941(2021).
  10. Barzanoni, Y., Noorshams, O., Basirat Tabrizi, H., Damangir, E. Experimental investigation of frost formation on a horizontal cold cylinder under cross flow. Int J Refrig. 34 (4), 1174-1180 (2011).
  11. Jones, B. W., Parker, J. D. Frost formation with varying environmental parameters. J Heat Transf. 97 (2), 255-259 (1975).
  12. Cui, J., Li, W. Z., Liu, Y., Jiang, Z. Y. A new time- and space-dependent model for predicting frost formation. Appl Therm Eng. 31 (4), 447-457 (2011).
  13. Lenic, K., Trp, A., Frankovic, B. Transient two-dimensional model of frost formation on a fin-and-tube heat exchanger. Int J Heat Mass Transf. 52 (1-2), 22-32 (2009).
  14. Yu, J., Huo, R., Shen, H., Li, X., Zhu, Z. A simulation study on the condensation flow and thermal control characteristics of mixed refrigerant in a dimpled tube. Appl Therm Eng. 231, 120889(2023).
  15. Yu, J., Jiang, Y., Cai, W., Li, X., Zhu, Z. Condensation flow patterns and heat transfer correction for zeotropic hydrocarbon mixtures in a helically coiled tube. Int J Heat Mass Transf. 143, 118500(2019).
  16. You, Y., Wang, S., Lv, W., Chen, Y., Gross, U. A CFD model of frost formation based on dynamic meshes technique via secondary development of ANSYS Fluent. Int J Heat Fluid Flow. 89, 108807(2021).
  17. Cai, W., Fang, X., Li, S., Qiu, G. A modified CFD model for frosting on a horizontal plate. Int J Heat Mass Transf. 229, 125726(2024).
  18. Boyina, K. S., et al. Condensation frosting on meter-scale superhydrophobic and superhydrophilic heat exchangers. Int J Heat Mass Transf. 145, 118694(2019).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

K ra Olu umuSay sal Modelok Fazl AkLee Faz De i imiK ra MorfolojisiK ra Kal nlK ra Yo unlu uYo unluk VaryasyonuDeneysel Do rulama
Bize ulaşın
Kütüphaneye tavsiye et

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Telif hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.