بررسی عددی تاثیر یک بافل رسانا بر انتقال گرمای ترکیبی همرفت طبیعی و تابشی نانوسیال غیر نیوتنی درون یک محفظه مربعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

هدف از این تحقیق، مطالعه همرفت طبیعی همراه با تابش سطحی و حجمی نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم با در نظر گرفتن اثر سیال غیرنیوتنی درون محفظه مربعی شکل که یک پره رسانا بر روی دیوار گرم آن نصب شده­ است، می­باشد. دیواره­های داخلی از لحاظ تابشی، فعال می­باشند. معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی برای نانوسیال غیرنیوتنی به کمک روش حجم کنترل و با استفاده از الگوریتم SIMPLE حل می‌شوند. جمله تابش حجمی در معادله انـرژی، با استفاده از روش رزلند تقریب زده می‌شود. اثر موقعیت و اندازه پره، اثر پارامتر تابش حجمی بر روی میدان جریان و آهنگ انتقال گرما بررسی می‌شود. بر اساس نتایج، در اعداد رایلی پایین (Ra=103) افزایش طول پره، سبب بهبود عملکرد گرمایی تا حدود 80 درصد می­شود ولی در اعداد رایلی بالا (Ra=105) عدد نوسلت متوسط حدود 16 درصد کاهش می­یابد. با توجه به نتایج، عدد رایلی بحرانی وجود دارد که در آن افزایش طول پره تاثیری روی عدد نوسلت متوسط ندارد. همچنین افزایش پارامتر تابش حجمی در محدوده  برای Ra=105  سبب افزایش 2 برابری عدد نوسلت متوسط می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Tighchi HA, Sobhani M, Esfahani JA. Lattice Boltzmann simulation of combined volumetric radiation/natural convection to consider optical properties of nanoparticles. Radiat Phys Chem. 2019 Jun;159:238-51.
  • Sobhani M, Tighchi HA, Esfahani JA. Attenuation of radiative heat transfer in natural convection from a heated plate by scattering properties of Al2O3 nanofluid: LBM simulation. Int J Mech Sci. 2019 Jun;156:250–60.
  • Barnoon P, Toghraie D, Dehkordi RB, Afrand M. Two phase natural convection and thermal radiation of Non-Newtonian nanofluid in a porous cavity considering inclined cavity and size of inside cylinders. Int Commun Heat Mass Transf. 2019 Nov;108.
  • Karimipour A. A novel case study for thermal radiation through a nanofluid as a semitransparent medium via discrete ordinates method to consider the absorption and scattering of nanoparticles along the radiation beams coupled with natural convection. Int Commun Heat Mass Transf. 2017 Oct;87:256-69.
  • Hassani M, Karimipour A. Discrete ordinates simulation of radiative participating nanofluid natural convection in an enclosure. J Therm Anal Calorim. 2018 Apr;134(3):2183-95.
  • Lari K, Baneshi M, Gandjalikhan Nassab SA, Komiya A, Maruyama S. Combined heat transfer of radiation and natural convection in a square cavity containing participating gases. Int J Heat Mass Transf. 2011 Nov;54(23–24):5087-99.
  • Lavasani AM, Farhadi M, Rabienataj Darzi AA. Study of convection heat transfer enhancement inside lid driven cavity utilizing fins and nanofluid. Therm Sci. 2017;21:2431-42.
  • Saravanan S, Raja N. Combined radiation-convection in an air filled enclosure with in-line heaters. Int Commun Heat Mass Transf. 2020 Jan;110.
  • El Moutaouakil L, Boukendil M, Zrikem Z, Abdelbaki A. Natural convection and surface radiation heat transfer in a cavity with vertically oriented fins. In: Materials Today: Proceedings. 2020;27:3051-7.
  • Hidki R, El Moutaouakil L, Boukendil M, Charqui Z, Zrikem Z, Abdelbaki A. Mixed convection and surface radiation in a ventilated cavity containing two heat-generating solid bodies. Mater Today Proc. 2022;66:318-24.
  • Akiyama M, Chong QP. Numerical analysis of natural convection with surface radiation in a square enclosure. Numer Heat Transf Part A Appl. 1997 Mar;32:419-33.
  • خدامرادی چالشتری م، قاسمی ب، رئیسی ا، بررسی اثر پارامترهای هندسی بر انتقال گرمای همرفتی طبیعی سیال غیر نیوتنی در یک محفظه مربعی با دو مانع دما ثابت. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1401، د. 52، ش. 2، ص 123-132.
  • خدادادی ر، رئیسی ا، قاسمی ب، بررسی عددی انتقال گرمایی جابجایی طبیعی سیال غیرنیوتنی قانون توانی درون محفظه مثلث شکل حاوی یک منبع گرمایی همدما. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1401، د. 52، ش. 1، ص 119-128.
  • Alqahtani AM, Mohammad Sajadi S, Al Hazmi SE, Alsenani TR, Alqurashi RS, El Bouz MA. Entropy generation and mixed convection in an enclosure with five baffles exposed to a uniform magnetic field with volumetric radiation for the solar collectors via lattice Boltzmann method. Eng Anal Bound Elem. 2023 May;150:285-97.
  • Bouanani M, Benbrik A, Lemonnier D, Cherifi M, Soualmi R. Natural convection and volumetric radiation interactions in a concentric square annulus. J Thermophys Heat Transf. 2021 Jul;35(3):547-559.
  • Raisi A, Rostami S, Nadooshan AA, Afrand M. The examination of circular and elliptical vanes under natural convection of nanofluid in a square chamber subject to radiation effects. Int Commun Heat Mass Transf. 2020 Oct;117.
  • Shahabadi M, Mehryan SAM, Ghalambaz M, Ismael M. Controlling the natural convection of a non-Newtonian fluid using a flexible fin. Appl Math Model. 2021 Apr;92:669-86.
  • Jamal-abad MT, Dehghan M, Saedodin S, Sadegh M, Zamzamian A. An experimental investigation of rheological characteristics of non- Newtonian nanofluids. J Heat Mass Transf Res. 2014 Apr;00:17-23.
  • Elatar A, Teamah MA, Hassab MA. Numerical study of laminar natural convection inside square enclosure with single horizontal fin. Int J Therm Sci. 2016 Jan;99:41–51.
  • Sathiyamoorthy M, Chamkha AJ. Analysis of natural convection in a square cavity with a thin partition for linearly heated side walls. Int J Numer Methods Heat Fluid Flow. 2014 May;24(5):1057–72.
  • Crnjac P, Škerget L, Ravnik J, Hriberšek M. Implementation of the Rosseland and the P1 radiation models in the system of Navier-Stokes equations with the boundary element method. Int J Comput Methods Exp Meas. 2017;5(3):348–58.
  • Saravanan S, Sivaraj C. Coupled thermal radiation and natural convection heat transfer in a cavity with a heated plate inside. Int J Heat Fluid Flow. 2013 Apr;40:54–64.
  • Mirhosseini M, Saboonchi A. View factor calculation using the Monte Carlo method for a 3D strip element to circular cylinder. Int Commun Heat Mass Transf. 2011 Jul;38(6):821–6.
  • Pak BC, Cho YI. Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles. Exp Heat Transf. 1998;11:151-70.
  • Brinkman HC. The viscosity of concentrated suspensions and solutions. J Chem Phys. 1952 Apr;20(4):571.
  • Vajjha RS, Das DK. Experimental determination of thermal conductivity of three nanofluids and development of new correlations. Int J Heat Mass Transf. 2009 Oct;52(21-22):4675–82.
  • Sheikholeslami M, Ganji DD. Nanofluid convective heat transfer using semi analytical and numerical approaches: A review. J Taiwan Inst Chem Eng. 2016 Aug;65:43–77.
  • Patankar S V. Numerical heat transfer and fluid flow. 1980;
  • Turan O, Sachdeva A, Chakraborty N, Poole RJ. Laminar natural convection of power-law fluids in a square enclosure with differentially heated side walls subjected to constant temperatures. J Nonnewton Fluid Mech. 2011 Sep;166:1049-63.
  • Sheikholeslami M, Hayat T, Alsaedi A. MHD free convection of Al2O3-water nanofluid considering thermal radiation: A numerical study. Int J Heat Mass Transf. 2016 May;96:513-24.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار