تاثیر ارتفاع و فاصله سه ردیف فین استوانه ای با ساختار متفاوت از یک مبدل هوا خنک بر اساس تئوری ساختاری به کمک نرم افزار Ansys Fluent در این مقاله بررسی می گردد. شرایط جریان سیال بر روی فین ها، جریانی آرام و یکنواخت و هم دما از نوع جابجایی اجباری می باشد. آرایش دو فین اول از نتیجه تحقیقات گذشته ثابت در نظر گرفته شده است و حجم فین ها نیز ثابت در نظر گرفته می شود. نتیجه بررسی نشان داد که در این شرایط با افزایش ارتفاع در یک قطر مشخص نرخ انتقال حرارت تا یک هندسه مشخص افزایش و پس از آن کاهش می یابد. همین روند برای فاصله بین فین ها تکرار می شود که در نهایت با جمع بندی نتایج یک هندسه بهینه برای فین ها بدست می آید. نتیجه مهمی که از این بررسی بدست آمد این است که هندسه بدست آمده بهینه، غیر یکنواخت می باشد.

مقدمه
   بدون شک علم انتقال گرما يکی از مهمترين و پرکاربردترين علوم مهندسی است که با توجه به مساله ی بحران انرژی و لزوم صرفه جويی در مصرف سوخت، اهمیت آن چند برابر میشود. علاوه بر آن افزايش قیمت سوختهای فسیلی و خطر به پايان رسیدن اين نوع منابع انرژی نیز نگرانی صاحبان صنايع را مضاعف کرده است. دراين مسیر يافتن راهکارهای مفید که بتواند موجب کاهش مصرف انرژی گردد، ارزشمند و قابل تحسین است. درحال حاظر در صنعت گرمايش و سرمايش، سیالات مبادله کننده ی حرارت يا مبردها نقش بسیار مهمی ايفا می کنند و راندمان سیالات حرارتی در میزان مصرف انرژی، اقتصادی تر بودن تجهیزات و تاسیسات، سازگاری زيست محیطی، فضای مورد نیاز برای تجهیزات و هزينه های جانبی و ساير تاثیرگذار است. پیشرفت و تغییر نه چندان زياد دستگاه ها و ماشین آلات خنک کننده سبب بروز مشکلاتی شده است، به عنوان نمونه امروزه برخی از ريز پردازنده های رايانه ای قدرتمند نمی توانند به میزانی که ظرفیت دارند کار کنند چون بیش از حد داغ می شوند و حرارت زياد از کارايی آنان به شدت می کاهد. مبدل های حرارتی مرسوم و عادی که از يک ديسک يا صفحه است که گرما را از منبع، مثل پردازشگر رايانه دريافت می کند؛ اين مبدل به يک مجموعه از پره های فلزی مجهز است که کمک می کند تا گرمای زايد از آن صفحه يا ديسک سريعتر دور شود ولی در دماهای بالا، افزايش ابعاد مبدل برای کاهش درجه حرارت با محدوديت فضای اين دستگاه ها روبرو می شود.
   تئوری ساختاری ديدگاهی است که بیان می کند تولید هندسه جريان يک پديده فیزيکی است که می تواند بر مبنای يک اصل فیزيکی (قانون ساختاری) استوار باشد. برای يک سیستم جريان جهت پايداری و بقا در زمان ، سیستم بايست چنان رشد و نمو يابد که دسترسی هرچه آسانتری را برای جريان هايی که در آن جاری می باشد فراهم نمايد. اين قانون، پايه و اساس تئوری ساختاری پیکر بندی جريان در طبیعت است. در واقع تئوری ساختاری بیان می کند که هندسه يک ورودی نیست و تولید هندسه و رسیدن به بهترين ساختار يک نتیجه است. آدريان بجان ، نخستین بار در سال 1991 تئوری ساختاری را مطرح نمود. قانون ساختاری پیدايش طراحی و الگو را در طبیعت قرار می دهد و اين امر براساس قوانین فیزيکی می باشد. نظريه تئوری ساختاری اين ديد را نشان می دهد که تولید ساختارهای جريان يک پديده فراگیر تمامی علوم فیزيک است، که توسط يکی از قوانین فیزيک (قانون ساختاری) پوشش داده شده است.
   " يک سیستم با ابعاد محدود برای اينکه در طول زمان مقاومت کند (زنده بماند)، بايستی تکامل يابد به گونه ای که دسترسی سريعتری برای جريان هايی که از درونش عبور میکند فراهم آورد. "تئوری ساختاری بسیاری از محققان را در بسیاری رشته ها به يک سمت جديد جذب کرده است. در سالهای اخیر از پره ها برای بالا بردن راندمان تجهیزات حرارتی همچون مبدلها به دلیل کاهش جرم و افزايش انتقال حرارت استفاده شده است و تلاش برای بدست آوردن ماکزيمم کارايی در حجم ثابت مواد مورد استفاده مبدل، موضوع تحقیقات زيادی را ايجاد کرده است.

   در اين مقاله با در نظر گرفتن حجم ثابت مواد مصرفی فین ها از طريق حل عددی به کمک نرم افزار Ansys Fluent ماکزيمم انتقال حرارت را با تغییر آرايش فین ها بدست می آوريم.

   عزيز و فانگ توزيع درجه حرارت را برای اشکال مختلف فین در شرايط مرزی مختلف بررسی کردند و مشخص کردند که بیشترين نرخ انتقال حرارت بدون بعد به ترتیب برای فین به شکل چهارضلعی مربعی، ذوذنقه و سهموی می باشد. در واقع سطح مقطع يکسان فین بیشترين راندمان را دارد.

   بدست آوردن بهترين شکل برای فین ها بسته به ضريب انتقال حرارت هدايتی بوسیله بجان و جانی انجام شد. بجان نشان داد که شکل بهینه فین تاثیر خیلی مهمی در داکت بلند برای جريان سیال دارد. ايشان بهترين ابعاد برای يک ورق فین با حجم ثابت در يک جريان آرام را محاسبه کرد.

يانگ و پنگيک تحلیل عددی برای فین های استوانه ای در چاه حرارتی با ارتفاع متغیر فین انجام دادند و درنتیجه آن، دمای مجموعه با افزايش ارتفاع فین در مرکز چاه کاهش می يابد و سپس بهینه ارتفاع فین را بدست آورد.

   در سالهای اخیر شاهد افزايش تحقیقات انجام شده با ساختارهای متفاوت برای بدست آوردن ماکزيمم نرخ انتقال حرارت در کوچکترين ابعاد و کمترين مقاومت هیدرولیکی می باشیم.
   اوکند و همکارانش با بررسی پارامترهای هندسی دو رديف فین استوانه ای در يک جريان آرام پرداختند و ماکزيمم انتقال حرارت را در يک عدد رينولدز مشخص برای آرايش غیريکنواخت ارتفاع و قطر مبدل بدست آوردند و علاوه بر آن اثرات افزايش عدد رينولدز و ضريب انتقال حرارت هدايتی را در هندسه بهینه بررسی کردند.
   در اين مقاله در ادامه تحقیق اوکند به بررسی تاثیر ارتفاع سه رديف فین استوانه ای در يک جريان آرام و اجباری برای بدست آوردن ماکزيمم انتقال حرارت پرداخته شده است.