تحلیل عددی تأثیر چیدمان پره بر الگوی جریان و افزایش انتقال گرما جریان نانوسیال غیرنیوتنی درون یک کانال چین‌دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

4 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران

چکیده

در مقاله حاضر، تأثیر چیدمان پره درون یک کانال چین‌دار بر الگوی جریان و انتقال گرما جابجایی اجباری نانوسیال غیرنیوتنی در محدودۀ رژیم لایه‌ای به صورت عددی ارزیابی شده است. برای حل معادلات جریان و انرژی از روش حجم محدود به صورت دوبعدی، دائم و تک فاز استفاده شده است. در این مطالعه، تأثیر پارامترهایی از قبیل چیدمان‌های مختلف پره‌ها، و همچنین عدد رینولدز (200 الی 1000) و کسر حجمی نانوذرات (5/0 الی 5/1 درصد) بر الگوی جریان و انتقال گرما بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که استفاده از سیال غیرنیوتنی آب+CMC5/0% بجای سیال نیوتنی آب، موجب افزایش عدد ناسلت متوسط می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که شاخص ارزیابی عملکرد در حضور پره برای چیدمان‌های A و D در تمامی شرایط مقداری بزرگتر از 1 دارد که نشان‌دهنده موثر بودن حضور پره‌ها بر راندمان حرارتی جریان نانوسیال غیرنیوتنی درون یک کانال چین‌دار می‌باشد. همچنین چیدمان D نسبت به سایر چیدمان‌ها، دارای بیشترین مقدار افزایش انتقال گرما می‌باشد. علاوه بر این نتایج حاکی از آن است که با افزایش عدد رینولدز از 200 به 1000 و کسرحجمی نانوذرات از 5/0 به 5/1 درصد برای چیدمان D، عدد ناسلت متوسط حدود 85/9 درصد و شاخص ارزیابی عملکرد 09/9 درصد افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Salami M., Khoshvaght-Aliabadi M., & Feizabadi A. Investigation of corrugated channel performance with different wave shapes. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 138(5), pp. 3159-3174, 2019.
  • اتحاد ا. و الهامی امیری ع.، بررسی عددی تأثیر تعداد هندسه بلوک‌های متخلخل بر افزایش انتقال گرمای جابجایی و افت فشار در جریان نانوسیال درون کانال‌ها. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 51، ش. 4، ص 31-40، 1400.
  • ضیائی‌راد م. و الیاسی پ.، بررسی عددی تأثیر استفاده همزمان از نوسان و نانوذرات در جریان داخل کانالی با موانع‌ متناوب. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 46، ش. 4، ص 159-169، 1396.
  • Moosavi R., Moltafet R., & Shekari Y. Analysis of viscoelastic non-Newtonian fluid over a vertical forward-facing step using the Maxwell fractional model. Applied Mathematics and Computation, Vol. 401, pp. 126119, 2021.
  • Danane F., Boudiaf A., Mahfoud O., Ouyahia S. E., Labsi N., & Benkahla Y. K. Effect of backward facing step shape on 3D mixed convection of Bingham fluid. International Journal of Thermal Sciences, Vol. 147, pp. 106116, 2020.
  • Ahmed, H. E., & Yusoff, M. Z. Impact of delta-winglet pair of vortex generators on the thermal and hydraulic performance of a triangular channel using Al2O3–water nanofluid. Journal of heat transfer, Vol. 136(2), 2014.
  • Pour M. S., & Nassab S. G. Numerical investigation of forced laminar convection flow of nanofluids over a backward facing step under bleeding condition. Journal of Mechanics, Vol. 28(2), pp. 7-12, 2012.
  • Togun H., Safaei M. R., Sadri R., Kazi S. N., Badarudin A., Hooman K., & Sadeghinezhad E. Numerical simulation of laminar to turbulent nanofluid flow and heat transfer over a backward-facing step. Applied Mathematics and Computation, Vol. 239, pp. 153-170, 2014.
  • Soltani S., Etemad S. G., & Thibault J. Pool boiling heat transfer of non-Newtonian nanofluids. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37(1), pp. 29-33, 2010.
  • Hojjat M., Etemad S. G., & Bagheri R. Laminar heat transfer of non-Newtonian nanofluids in a circular tube. Korean Journal of Chemical Engineering, Vol. 27(5), pp. 1391-1396, 2010.
  • Hojjat M., Etemad S. G., Bagheri R., & Thibault J. Rheological characteristics of non-Newtonian nanofluids: experimental investigation. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 38(2), pp. 144-148, 2011.
  • Alnak D. E. Thermohydraulic performance study of different square baffle angles in cross-corrugated channel. Journal of Energy Storage, Vol. 28, pp. 101295, 2020.
  • Handoyo E. A., & Ichsani D. Numerical studies on the effect of delta-shaped obstacles’ spacing on the heat transfer and pressure drop in v-corrugated channel of solar air heater. Solar Energy, Vol. 131, pp. 47-60, 2016.
  • علوی لواسانی م. و پیرمحمدی م.، مطالعه عددی اثر موقعیت پره بر انتقال حرارت جابجایی اجباری درون یک کانال در حالت جریان آشفته. نشریه مهندسی مکانیک دانشگاه امیرکبیر، د. 52، ش. 6، ص 1627-1640، 1397.
  • Boruah M. P., Randive P. R., & Pati S. Hydrothermal performance and entropy generation analysis for mixed convective flows over a backward facing step channel with baffle. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 125, pp. 525-542, 2018.
  • جلایری قره قونلو ع. و رضازاده س.، طالعه عددی تاثیر لوله‌های پره‌دار طولی در مبادله‌کن گرمایی بر انتقال گرما و الگوی جریان. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 51، ش. 4، ص 585-592، 1400.
  • میرزاپور م. و بیاتی م.، بررسی عددی تأثیر تعداد پره بر نرخ افزایش انتقال گرمای داخل کانال در حضور سیال غیرنیوتنی. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 50، ش. 3، ص 239-248، 1399.
  • Akbari O. A., Toghraie D., Karimipour A., Marzban A., & Ahmadi G. R. The effect of velocity and dimension of solid nanoparticles on heat transfer in non-Newtonian nanofluid. Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, Vol. 86, pp. 68-75, 2017.
  • Bahiraei M., Mazaheri N., & Alighardashi M. Development of chaotic advection in laminar flow of a non-Newtonian nanofluid: a novel application for efficient use of energy. Applied Thermal Engineering, Vol. 124, pp. 1213-1223, 2017.
  • Rahmati A. R., Akbari O. A., Marzban A., Toghraie D., Karimi R., & Pourfattah F. Simultaneous investigations the effects of non-Newtonian nanofluid flow in different volume fractions of solid nanoparticles with slip and no-slip boundary conditions. Thermal Science and Engineering Progress, Vol. 5, pp. 263-277, 2018.
  • فلاح ک.، شبیه‌سازی جریان و انتقال حرارت عددی سیال غیرنیوتنی گذرنده از روی سیلندر دایروی چرخان با روش شبکه بولتزمن. نشریه مهندسی مکانیک دانشگاه امیرکبیر، د. 48، ش. 2، ص 209-218، 1397.
  • Abu-Nada E. Application of nanofluids for heat transfer enhancement of separated flows encountered in a backward facing step. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29(1), pp. 242-249, 2008.
  • جواهرده ک. مظفری س. و زارع طلب ز.، شبیه‌سازی عددی انتقال گرمای جریان آشفته نانو سیال غیرنیوتنی در مبدل گرمایی دولوله‌ای مارپیچ. نشریه مهندسی مکانیک دانشگاه امیرکبیر، د. 53، ش. 1، ص 16-16، 1400.
  • Mosavi A., Hekmatifar M., Alizadeh A. A., Toghraie D., Sabetvand R., & Karimipour A. The molecular dynamics simulation of thermal manner of Ar/Cu nanofluid flow: the effects of spherical barriers size. Journal of Molecular Liquids, Vol. 319, pp. 114183, 2020.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار