شبیه سازی عددی به منظور بررسی انتقال گرمای مزدوج و ضریب اصطکاک در جریان های ضربانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

انتقال گرمای مزدوج جریان ضربانی در سردساز لوله ضربانی با استفاده از روش­های عددی شبیه­سازی شده است. برای حل جریان در لوله از معادلات نویر-استوکس و برای حل میدان دما از معادلات انرژی سیال و جامد به صورت کوپل استفاده شده است. در مقاله حاضر تاثیر ضخامت دیواره جامد، نسبت رسانایی گرمایی جامد به سیال، عدد وومرزلی، دامنه نوسان بی­بعد، رینولدز و پرانتل در انتقال گرما مزدوج در جریان­های ضربانی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه­سازی نشان می­دهد با افزایش نسبت ضخامت دیواره به شعاع از δ/Ri=0.13 تا δ/Ri=1.0 مقدار عدد ناسلت 14% افزایش می­یابد. برای دامنه نوسان­های بی­بعد کمتر از یک، ناسلت جریان نوسانی کمتر از جریان پایای یک­طرفه است ولی برای دامنه نوسان­های بی­بعد بزرگتر از یک مقدار ناسلت جریان ضربانی از جریان پایای یک­طرفه بیشتر بوده و با افزایش دامنه نوسان افزایش می­یابد. نسبت ضریب اصطکاک در جریان­های ضربانی به جریان پایای یک­طرفه بیشتر از یک بوده و مقدار این نسبت در دامنه نوسان­های بی­بعد بزرگتر از یک به شدت افزایش می­یابد. افزایش وورمزلی برای دامنه نوسان بی­بعد کمتر از یک سبب کاهش ناسلت می­شود در حالی که برای دامنه نوسان­های بی­بعد بزرگتر از یک، مقدار بهینه­ای وجود دارد که برای دامنه نوسان 4/1، 4/2 و 3 مقدار بهینه آن تقریبا 20 است.

کلیدواژه‌ها


 [1] Ch J..  Yu, ZLi.  X., Zhao T.S., An analytical study of pulsating laminar heat convection in a circular tube with constant heat flux, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 47,  pp. 5297–5301, 2004.
[2] Li U., Zheng Y., Hu G., Zhang Zh., Experimental investigation on heat transfer enhancement from an inclined heated cylinder with constant heat input power in infrasonic pulsating flows, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 49, pp. 75–85, 2013.
[3] Habib M. A., Attaya A. M., Eid A. I., Aly A. Z., Convective heat transfer characteristics of laminar pulsating pipe air flow, Heat and Mass Transfer, Vol. 38, pp. 221-232, 2002.
[4] Chattopadhyay H., Durst F., Ray S., Analysis of heat transfer in simultaneously developing pulsating laminar flow in a pipe with constant wall temperature, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 33, pp. 475–481, 2006.
[5] Yuan H., Tan S., Zhuang N., Tang L., Theoretical analysis of wall thermal inertial effects on heat transfer of pulsating laminar flow in a channel, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 53, pp. 14–17, 2014.
[6] Hemida H.N., Sabry M.N., Abdel-Rahim A., Mansour H., Theoretical analysis of heat transfer in laminar pulsating flow, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 45, pp. 1767–1780, 2002.
[7] Ates A., Darici S., Bilir S., Unsteady conjugated heat transfer in thick walled pipes involving two-dimensional wall and axial fluid conduction with uniform heat flux boundary condition, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 53, pp. 5058–5064, 2010.
[8] Al-Zaharnah I.T., Yilbas B.S., Hashmi M.S.J., Conjugate heat transfer in fully developed laminar pipe flow and thermally induced stresses, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineerin., Vol. 190, pp. 1091-1104, 2000.
[9] Yapıcı H., Albayrak B., Numerical solutions of conjugate heat transfer and thermal stresses in a circular pipe externally heated with non-uniform heat flux, Energy Conversion and Management Vol. 45, pp. 927–937, 2004.
[10] Barletta A., Rossi di Schio E., Comini G., D’Agaro P., Conjugate forced convection heat transfer in a plane channel: Longitudinally periodic regime, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 47, pp. 43–51, 2008.
 [11] Lelea D., The conjugate heat transfer of the partially heated microchannels, Heat and Mass Transfer, Vol. 44, pp. 33–41, 2007.
[12] Azadi M., Jafarian A., Timaji M., Analytical investigation of oscillating flow heat transfer in pulse tubes, Scientia Iranica B, Vol. 20, No. 3, 483–491, 2013.
[13] Tom V. and den Braembussche R. V., A novel method for the computation of conjugate heat transfer with couped solvers, International Symposium Heat Transfer in Gas Turbine Systems, Antalya, Turkey, August 2009.
[14] Toh K.C., Chen X.Y., Chai J.C., Numerical computation of fluid flow and heat transfer in microchannels, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 45, pp. 5133–5141, 2002.
[15] Zhao T. S., Cheng P., A numerical solution of laminar  forced convection in a heated pipe subjected to a reciprocating flow, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 38, No. 16, pp. 3011-3022, 1995.
[16] Zhang S. X., He Y. L., Lauriat G., Tao W. Q.,Numerical studies of simultaneously developing laminar flow and heat transfer in microtubes with thick wall and constant outside wall temperature, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 53, pp. 3977–3989, 2010.