مطالعه عددی جریان مغشوش و انتقال گرما نانوسیال آب- مس عبوری از روی موانع ناهمسان واقع در ناحیه ابتدائی سطح

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

3 کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

جریان مغشوش و انتقال گرما نانوسیال آب-مس در ناحیه ورودی هیدرولیکی و گرمایی سطحی با دو مانع ناهمسان به صورت عددی شبیه‌سازی شده است. اهمیت این مطالعه، بررسی همزمان اثر موانع جریانی و نانوذرات در لایه مرزی جریان مغشوش است که در مطالعات گذشته به آن پرداخته نشده بود. مدل‌سازی آشفتگی به کمک مدل k-ε تعمیم‌یافته به انضمام مدل دولایه‌ای ولف‌اشتاین انجام شده است. اثر عدد رینولدز، فاصله بین موانع، کسرحجمی و قطر نانوذرات بر پارامترهای جریان بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که با تغییر فاصله بین موانع و با افزایش کسرحجمی نانوسیال، ناحیه بازچرخش بین موانع تغییر اندازه داده و عدد ناسلت به تبع آن تغییر می­‌کند. در فواصل زیاد موانع، ناحیه چرخش پشت مانع اولی به دومی نمی‌رسد که این کاهش انتقال گرما را به همراه دارد. در اعداد رینولدز پایین‌تر، انتقال گرما جابجائی نسبت به پخش حرارتی کمتر شده و افزایش کسرحجمی نانوذرات تاثیر کمتری در افزایش انتقال گرما دارد. همچنین، بدلیل نقش حرکت نانوذرات در افزایش انتقال حرارت جابجائی، ذرات با قطر کمتر نرخ انتقال حرارت را بهبود می‌بخشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Nasiruddind Kamran M. H. S., Heat transfer augmentation in a heat exchanger tube using a baffle,  InternationalJournal of Heat and Fluid Flow, Vol. 28, No.2, pp. 318-328, 2007.
[2] Promvonge P., Sripattanapipat S., Tamna S., Kwankao- meng S. and Thianpong C., Numerical investigation of laminarheat transfer in a square channel with 45° inclined baffles, International Communications in Heat and Mass Transfer,Vol. 37, No. 2, pp. 170-177, 2010.
[3] Nuntadusit C., PiyaI., Wae-hayee M. and Eiamsa-ard S., Heat transfer characteristics in a channel fitted with zigzag-cut baffles, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 29, No. 6, pp. 2547-2554, 2015.
[4] Promvonge P., Sripattanapipat S. and Kwankaomeng S., Laminar periodic flow and heat transfer in square channel with 45oinline baffles on two opposite walls, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 49, No. 6, pp. 963-975, 2010.
[5] Jedsadaratanachai W., Suwannapan S. and Promvonge P., Numerical study of laminar heat transfer in baffled squarechannel with various pitches, Energy Procedia, Vol. 9, pp. 630-642, 2011.
[6] Sriromreun P., Thianpong C. and Promvonge P., Experimental and numerical study on heat transfer enhancement in a channel with Z-shaped baffles, International Communications in Heat and Mass Transfer., Vol.39, No. 7, pp. 945-952, 2012.
[7] Promvonge P., Heat transfer and pressure drop in a channel with multiple 60° V-baffles, International Communications in Heat and Mass Transfer,Vol. 37, No. 7, pp. 835–840, 2010.
[8] Manca O., Nardini S. and Ricci D., A numerical study of nanofluid forced convection in ribbed channels, Applied Thermal Engineering, Vol. 37, pp. 280-292, 2012.
[9] Mohammadi PirouzM., Farhadi M., Sedighi K., Nemati H. and Fattahi E., Lattice Boltzmann simulation of conjugate heat transfer in a rectangular channel with wall-mounted obstacles, Scientia Iranica B, Vol. 18, No. 2, pp. 213–221, 2011.
[10] Ryu D. N., Choi D. H. and Patel V. C., Analysis of turbulent flow in channels roughened by two-dimensional ribs andthree-dimensional blocks. Part II: Heat transfer, International Journal of Heat and Fluid Flow,Vol. 28, No. 5, pp. 1112–1124, 2007.
[11]Lu H., Zhao W.J., Zhang H.Q., Wang B., Wang X.L., Three-dimensional turbulent flow over cube-obstacles, Chinese Physics BVol. 26No. 1, 2017.
[12]Ben Hamza S.,Ben Kalifa R.,MahjoubSaïd N., Bournot H., Le Palec G., Numerical study of sediment transport in turbulent two-phase flows around an obstacle, Applied Mathematical Modelling, Vol. 45, May 2017, pp. 97-122.
[13]De Marchis M.,Milici B., Napoli E., Solid sediment transport in turbulent channel flow over irregular rough boundaries, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 65, June 2017, pp. 114-126.
[14]Hou J., Vajdi Hokmabad B., Ghaemi S., Three-dimensional measurement of turbulent flow over a riblet surface,Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 85, July 2017, pp. 229-239.
[15]Segunda V.M., Ormiston S.J., Tachie M.F.,Experimental and numerical investigation of developing turbulent flow over a wavy wall in a horizontal channel,European Journal of Mechanics – B/Fluids, Vol. 68, March–April 2018, pp. 128-143.
[16] Mirmasoumi S., Behzadmehr A., Effect of nanoparticles mean diameter on mixed convection heat transfer of a nanofluid in a horizontal tube, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, No. 2, pp. 557–566, 2008.
[17] Pishkar I., Ghasemi B., Effect of nanoparticles on mixed convection heat transfer in a horizontal channel with heat source, modares mechanics journal,Vol. 12, No. 2, pp.95-108, 2012.
[18] Rostamani M., Hosseinizadeh S. F., Gorji M. and Khodadadi J. M., Numerical study of turbulent forced convection flow of nanofluids in a long horizontal duct considering variable properties,International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37, No. 10, pp. 1426–1431,2010.
[19] Mohammed H. A., Al-Shamani A. N. and Sheriff J. M., Thermal and hydraulic characteristics of turbulent nanofluids flow in a rib–groove channel, International Communications in Heat and Mass Transfer,Vol. 39, No. 10 , pp. 1584–1594, 2012.
[20] Yuan Z. X., Numerical study of periodically turbulent flow and heat transfer in a channel with transverse fin arrays, International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow,Vol. 10, No. 8, pp. 842-861, 2000.
[21] Wolfshtiein M., The velocity and temperature distribution in one-dimensional flow with turbulence augmentation and pressure gradient, Int. J. Heat Mass transfer, Vol. 12,No. 3, pp. 301-318, 1969.
[22] Patankar S. V., Numerical Heat Transfer and FluidFlow, Hemisphere, Washington D. C., 1980.
[23] Santra A. K., Sen S., chakraborty N., Study of heat transfer due to laminar flow of copper-water nanoflouid through two isothermally heated parallel plates, International journal of thermal sciences, Vol. 48, No. 2, pp. 391-400, 2009.
[24] Khoshvaght-Aliabadi M., Hormozi F., Zamzamanian A., Experimental analysis of thermal–hydraulic performance of copper–water nanofluid flow in different plate-fin channels, Experimental thermal and fluid science, Vol. 52, pp. 248–258, 2014.
[25] Patel H. E., Pradeep T., Sundarrajan T., Dasgupta A., Dasgupta N. and Das S. K., A Micro-Convection Model for Thermal Conductivity of Nanofluid,Pramana - Journal of Physics, Vol. 65, No. 5, pp. 863-869, 2005.
[26] Xuan Y., Roetzel W., Conceptions  for  Heat  Transfer  Correlation  of  Nanofluids, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 43, No. 19, pp. 3701-3707, 2000.
[27] Rhie C.M., ChowW.L., Numerical Study of the Turbulent Flow past an Airfoil with Trailing Edge Separation, AIAA Journal, Vol. 21, pp. 1525–1532, 1983.
[28]FerzigerJ.H., Peric M.,Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer, 1999.
 
[29] VersteegH.K., Malalasekera W., An Introduction to Computational FluidDynamics: The Finite Volume Method, Pearson Education Limited, 2007.
[30] Dhiman A.K., Chhabra R.P. and Eswaran V., Flow and heat transfer across a confined square cylinder in the steady flow regime: Effect of Peclet number, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 48, No. 21-22, pp. 4598–4614, 2005.