همرفت آزاد دو سیال نیوتنی و غیرنیوتنی مخلوط نشدنی در یک حفره مربعی با گرمایش موضعی از کف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 استاد، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

در این مطالعه همرفت آزاد دو سیال نیوتنی و غیرنیوتنی مخلوط نشدنی با گرمایش موضعی از کف در حفره مربعی به روش عددی بررسی شده است. منبع گرمایی کف حفره، شار گرمایی یکنواخت  تولید می‌کند و باقی دیوار کف حفره عایق است. دیوارهای عمودی و بالای حفره در دمای  قرار دارند. تاثیر پارامترهای نسبت حجمی سیال نیوتنی به سیال غیرنیوتنی مدل قانون توانی (7/0 ≥ H ≥ 0)، پارامتر توانی (4/1 و 6/0 n =)، عدد رایلی (106 ≥  Ra1≥ 103) و پرانتل سیال غیرنیوتنی (1000 و 100 Pr2 =) بر میدان جریان و دما و آهنگ انتقال گرما، بررسی شده است. معادلات بی‌بعد حاکم برای سیال غیرنیوتنی و نیوتنی براساس خواص سیال نیوتنی با 100 Pr1 =، به روش اختلاف محدود بر مبنای حجم کنترل گسسته‌سازی شده است. برای حل هم‌زمان معادلات جبری‌شده از الگوریتم SIMPLE استفاده شده است. برای اطمینان از صحت کدنویسی، نتایج با نتایج مقاله‌ای دیگر در زمینه‌ی سیالات غیرنیوتنی مقایسه شده است. نتایج در قالب خطوط جریان و خطوط هم‌دما و مقادیر ناسلت متوسط ارائه ‌شده است. کاهش ناسلت متوسط به معنای افزایش اختلاف دمای منبع گرمایی با دیوار‌های سرد است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش پرانتل سیال غیرنیوتنی به دلیل کاهش رسانش گرمایی سیال غیرنیوتنی باعث افزایش دمای منبع گرمایی و کاهش ناسلت متوسط منبع می‌شود. همچنین با قدرت گرفتن همرفت طبیعی در حفره، با افزایش شاخص تابع نمایی مقدار ناسلت متوسط کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Aminossadati S.M., Ghasemi B., Natural convection of water–CuO nanofluid in a cavity with two pairs of heat source–sink, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 38, No.5, pp. 672-678, 2011.
  • Baranwal A.K., Chhabra R.P., Free Convection in Confined Power-Law Fluids From Two Side-by-Side Cylinders in a Square Enclosure, Heat Transfer Engineering, Vol. 37, No.18, pp. 1521-1537, 2016.
  • Vinogradov I., Khezzar L., Siginer D., Heat transfer of non-Newtonian dilatant power law fluids in square and rectangular cavities, Journal of Applied Fluid Mechanics, Vol. 4, No.3SI, pp. 37-42, 2011.
  • Kefayati G.R., Simulation of heat transfer and entropy generation of MHD natural convection of non-Newtonian nanofluid in an enclosure, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 92, pp. 1066-1089, 2016.
  • Aghakhani S., Pordanjani A.H., Karimipour A., Abdollahi A., Afrand M., Numerical investigation of heat transfer in a power-law non-Newtonian fluid in a C-Shaped cavity with magnetic field effect using finite difference lattice Boltzmann method, Computers & Fluids, Vol. 176, pp. 51-67, 2018.
  • Raisi A., The influence of a pair constant temperature baffles on power-law fluids natural convection in a square enclosure, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No.11, pp. 215-224, 2016.
  • Gangawane K.M., Manikandan B., Laminar natural convection characteristics in an enclosure with heated hexagonal block for non-Newtonian power law fluids, Chinese Journal of Chemical Engineering, Vol. 25, No.5, pp. 555-571, 2017.
  • خدادادی ر.، رئیسی ا. و 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، د. ۵۲، ش. ۱، ص ۱۱۹-۱۲۸، 1۴۰۱.
  • Farsani R.Y., Raisi A., Nadooshan A.A., S. Vanapalli, The Effect of a Magnetic Field on the Melting of Gallium in a Rectangular Cavity, Heat Transfer Engineering, Vol. 40, No.1-2, pp. 53-65, 2019.
  • Kebriti S., Moqtaderi H., Numerical simulation of convective non-Newtonian power-law solid-liquid phase change using the lattice Boltzmann method, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 159, No.1-2, p. 106574, 2021.
  • Crespí-Llorens D., Galanis N., Laminar forced convection of power-law fluids in the entrance region of parallel plates ducts, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 115, pp. 991-1003, 2017.
  • کیهانپور م. و قاسمی م.، بررسی عددی گرما درمانی بر آسیب بافت سرطانی به روش تزریق نانوذره‌های مغناطیسی تحت اثر میدان مغناطیسی خارجی. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 49، ش. ۴، ص 213-221، 1398.
  • Amoura M., Zeraibi N., Smati A., Gareche M., Finite element study of mixed convection for non-Newtonian fluid between two coaxial rotating cylinders, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 33, No.6, pp. 780-789, 2006.
  • Valdés J.P., Becerra D., Rozo D., Cediel A., Torres F., Asuaje M., Ratkovich N., Comparative analysis of an electrical submersible pump's performance handling viscous Newtonian and non-Newtonian fluids through experimental and CFD approaches, Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 187, p. 106749, 2020
  • Amaratunga M., Rabenjafimanantsoa H.A., Time R.W., Influence of low-frequency oscillatory motion on particle settling in Newtonian and shear-thinning non-Newtonian fluids, Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 196, p. 107786, 2021
  • Chhabra R.P., Bubbles, drops, and particles in non-Newtonian fluids, CRC press, 2006.
  • Chhabra R.P., Richardson J.F., Non-Newtonian flow and applied rheology: engineering applications, Butterworth-Heinemann, 2011.
  • Patankar S., Numerical heat transfer and fluid flow, Taylor & Francis, 2018.
  • Raisi A., Natural Convection of Non-Newtonian Fluids in a Square Cavity with a Localized Heat Source, Strojniski Vestnik/Journal of Mechanical Engineering, Vol. 62, No.10, 2016.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار