مطالعه عددی افزایش انتقال گرما و رفتار جریان سیال در تعامل سیال-سازه برای کانال با بهره‌گیری از دیوارهای منعطف نوسانگر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دانشجوی دکتری تخصصی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند ،سهند، ایران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

پژوهش حاضر با استفاده از برهم کنش سازه ـ سیال به بررسی خنک‌کاری یک صفحه‌ی مستطیلی گرم از طریق جریان سیال درکانال با بهره‌گیری از دو دیوار الاستیکی در شرایط نوسانی با اعمال نیروی خارجی پرداخته است. جریان سیال تراکم‌ناپذیر از کانال دوبعدی که در وسط آن منبع گرمایی با شار گرمایی ثابت وجود دارد و در قسمت بالا و پایین کانال دو دیوار الاستیکی همجنس و هم‌اندازه قرارگرفته است، عبور می‌کند. با عبور جریان سیال از سطح گرم و نوسان دیوارهای الاستیکی انتقال گرما از سطوح داغ به سیال تغییر می‌یابد. در واقع آهنگ تبادل گرما به عنوان تابعی از شرایط سطوح الاستیک نوسانگر و دامنه نیرو اعمال شده به دیوارهای الاستیکی و دوره تناوب اعمال نیرو رفتار می‌کند.  هدف شبیه‌سازی‌های صورت گرفته، بررسی کاربرد جایگزینی مرز الاستیک با مرز صلب در بخشی از کانال و تأثیر اندازه دوره تناوب نوسان نیروی اعمالی و دامنه نیرو است. در این پژوهش جریان لایه ای  با چهار عدد رینولدز مختلف 600و1100و1600و2100 و سه دامنه نیروی اعمالی مختلف200و400و800 نیوتن برمتر و چهار دوره تناوب نوسانی 5/0 و25/0و125/0 و07/0 ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. پس از حل معادلات حاکم شامل معادله انرژی و مومنتوم و معادلات سطح الاستیک و به‌کارگیری روش اجزا محدود دلخواه اویلری ـ لاگرانژی  در نرم‌افزار مهندسی Comsol نتایج نشان می‌دهد که کاهش دوره تناوب  نوسان، اختلاط جریان سیال را بهبود می‌بخشد و در نتیجه آهنگ انتقال گرما تا مقدار بهینه‌ی آن افزایش می‌یابد. نتایج نشان داد که کاهش پیوسته‌ی دوره‌ی تناوب بار اعمالی تا مقدار بهینه می‌تواند کارآمد باشد که در غیراین صورت تأثیر معکوس بر افزایش آهنگ  دفع  گرما دارد. بیشترین درصد افزایش ضریب انتقال گرما  همرفت در مقایسه با کانال صلب در دامنه نیروی اعمالی ثابت 800 نیوتن برمتر در اعداد رینولدز 600 و1100و1600و2100 به ترتیب301٪ و297٪ و341٪ و 328٪ می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Soti AK, Bhardwaj R, Sheridan J. Flow-induced deformation of a flexible thin structure as manifestation of heat transfer enhancement. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015;84:1070-81.
  • Mazharmanesh S, Tian F-B, Lei C. Enhancing heat transfer using flow-induced oscillations of a flexible baffle attached to a vertical heated flat surface. International Journal of Thermal Sciences. 2023;194:108604.
  • Sabbar WA, Ismael MA, Almudhaffar M. Fluid-structure interaction of mixed convection in a cavity-channel assembly of flexible wall. International Journal of Mechanical Sciences. 2018;149:73-83.
  • Yaseen D, Ismael M. Structural Mechanics of Flexible Baffle Used in Enhancing Heat Transfer of Power Law Fluids in Channel-Trapezoidal Cavity. Experimental Techniques. 2023;47(1):37-46.
  • Hakim MA, Ahad AI, Karim AU, Saha S, Hasan MN. Fluid structure interaction and heat transfer enhancement with dynamic flexible flow modulator. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2022;134:105983.
  • Al-Amiri A, Khanafer K. Fluid–structure interaction analysis of mixed convection heat transfer in a lid-driven cavity with a flexible bottom wall. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2011;54(17-18):3826-36.
  • Bouzennada, Tarek, et al. "Numerical study on nanofluid heat transfer and fluid flow within a micro-channel equipped with an elastic baffle." Case Studies in Thermal Engineering 56 (2024): 104247.
  • Sun X, Ye Z, Li J, Wen K, Tian H. Forced convection heat transfer from a circular cylinder with a flexible fin. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019;128:319-34.
  • Ismael MA. Forced convection in partially compliant channel with two alternated baffles. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019;142:118455
  • Saleh H, Siri Z, Hashim I. Role of fluid-structure interaction in mixed convection from a circular cylinder in a square enclosure with double flexible oscillating fins. International Journal of Mechanical Sciences. 2019;161:105080
  • Li Z, Xu X, Li K, Chen Y, Huang G, Chen C-l, et al. A flapping vortex generator for heat transfer enhancement in a rectangular airside fin. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018;118:1340-56
  • Kundu A, Soti AK, Bhardwaj R, Thompson MC. The response of an elastic splitter plate attached to a cylinder to laminar pulsatile flow. Journal of Fluids and Structures. 2017;68:423-43
  • Yaseena DT, Ismael MA. Analysis of power law fluid-structure interaction in an open trapezoidal cavity. International Journal of Mechanical Sciences. 2022; 201: 106751.
  • Ismael MA, Jasim HF. Role of the fluid-structure interaction in mixed convection in a vented cavity. Int J Mech Sci. 2017; 135: 190-202. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2017.11.001
  • sabery A, Sheremet M, Ghalambaz M, Chamkha A, Hashim I. Fluid-structure interaction in natural convection heat transfer in an oblique cavity with a flexible oscillating fin and partial heating. Applied Thermal Engineering. 2018;145:80-97
  • Shahrestani AB, Alshuraiaan B, Izadi M. Combined natural convection-FSI inside a circular enclosure divided by a movable barrier. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2021;126:105426
  • Raisi A, Arvin I. A numerical study of the effect of fluid-structure interaction on transient natural convection in an air-filled square cavity. International Journal of Thermal Sciences. 2018;128:1-14
  • Selimefendigil F, Öztop HF. Analysis of MHD mixed convection in a flexible walled and nanofluids filled lid-driven cavity with volumetric heat generation. International Journal of Mechanical Sciences. 2016; 122: 15-32.
  • Selimefendigil F, Öztop HF. Forced convection in a branching channel with partly elastic walls and inner L-shaped conductive obstacle under the influence of magnetic field. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019;144:118598
  • Razavi, Seyed Esmail; anandeh oskuei, hojjat. Investigating the Fluid-Solid Interaction in Incompressible Flow and The Effect of Oscillation Amplitude on Heat Transfer. Amir Kabir Journal of Mechanical Engineering, 2021, 53. Jg., Nr. 9, S. 4747-4772.
  • Lopes D, Puga H, Teixeira JC, Teixeira S. Influence of arterial mechanical properties on carotid blood flow: Comparison of CFD and FSI studies. International Journal of Mechanical Sciences. 2019;160:209-18
  • He X, Wang J. Incomplete fluid–structure coupling mechanism of a flexible membrane wing. Experiments in Fluids. 2023;64(4):83.
  • Abdalrazak Obaid, A. A., S. E. Razavi, and F. Talati. "Numerical Investigation of Flow Inside a Channel with Elastic Vortex Generator and Elastic Wall for Heat Transfer Enhancement." Journal of Applied Fluid Mechanics11 (2024): 2377-2389.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار