توصیف اولری-اولری جریان آب در یک گام پسرو تحت دمش نانوسیال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه مکانیک، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

2 استادیار، گروه مکانیک، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

چکیده

این مقاله به بررسی جریان آب در یک گام پسرو تحت دمش نانوسیالات مختلف می‎پردازد. هدف، ارزیابی تأثیر دمش نانوسیال بر میزان انتقال حرارت می‎باشد. برای این منظور از مدل دوفازی اولری-اولری استفاده می‎شود. صحت شبیه‎سازی‎های انجام شده با مقایسۀ نتایج به‎دست آمده و نتایج موجود به اثبات می‎رسد. نتایج نشان می‎دهند که افزایش دمش نانوسیال و بالارفتن کسرحجمی نانوذرات در آن، بهبود تبادل حرارت از سطوح مختلف کانال را در پی دارد. از مقایسۀ نتایج نانوسیالات مختلف می‎توان دریافت که حداکثر میزان انتقال حرارت از دیوار پایینی هنگامی ایجاد می‎شود که نانوسیال دمیده شده حاوی نانوذراتی با بالاترین ضریب هدایت حرارتی باشد. با این وجود، مشخص می‎شود که بیشترین تبادل حرارت از دیوار بالایی مربوط به دمش نانوسیالی است که نانوذرات آن بالاترین میزان نفوذ را به جریان داخل کانال دارند. علاوه بر این، مشاهده می‎شود که تفاوت در نتایج نانوسیالات مختلف با افزایش دمش نانوسیال و بالارفتن کسرحجمی نانوذرات در آن آشکارتر می‎شود. درنهایت، مدل اولری-اولری نشان می‎دهد که در میان نیروهای میان‎فازی، اثر نیروی جرم مجازی و نیروی متقابل ذرات ناچیز بوده به گونه‎ای که می‎توان از حضور آنها چشمپوشی کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Eulerian-Eulerian description of water flow in a backward-facing step with nanofluid blowing

نویسندگان [English]

  • Edris Torshizi 1
  • Iman Zahmatkesh 2
چکیده [English]

This paper deals with water flow in a backward-facing step with blowing of different nanofluids. The objective is to evaluate the effect of nanofluid blowing on the heat transfer rate. For this purpose, the Eulerian-Eulerian two-phase model is employed. The accuracy of the current simulations is demonstrated by comparing the obtained results with those of open literature. The results show that increasing the nanofluid blowing as well as nanoparticles fraction therein improve heat exchange from different surfaces of the channel. Comparing the results of different nanofluids leads one to conclude that the bottom wall heat transfer attains its maximum value when the blowed nanofluid contains nanoparticles with the highest thermal conductivity. However, it is found that maximum heat transfer in the top wall is achieved during blowing of a nanofluid with the highest nanoparticle penetration into the channel flow. Moreover, it is observed that discrepancies appearing between the results of different nanofluids become more remarkable as one increases the nanofluid blowing or nanoparticles fraction therein. Finally, the Eulerian-Eulerian model demonstrates that among the interphase forces, the effects of virtual mass and particle-particle interaction forces are negligible in such a way that they can be ignored.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanofluid
  • two-phase flow
  • Eulerian-Eulerian model
  • Backward-facing step
  • Blowing
[1] Elizarova, T.G.; Kalachinskaya, I.S.; Sheretov, V.;Shilnikov, E.V., “Simulation of separating flows over
a backward-facing step”, Computational Mathematics and Modeling, Vol. 15, No. 2, pp. 167-193, 2004.
[2] Choi, S.U.S.; Eastman, J.A., “Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles”, International
Mechanical Engineering Congress and Exhibition, San Francisco, U.S.A, 1995.
[3] 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, No. 1, pp. 242-249,2008.
[4] Kherbeet, A.Sh.; Mohammed, H.A.; Munisamy, K.M.;Salman, B.H., “The effect of step height of microscale
backward-facing step on mixed convection nanofluid flow and heat transfer characteristics”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 68, pp. 554-566, 2014.
[5] Rajesh Kanna, P.; Taler, J.; Anbumalar, V.; Santhosh Kumar, A.V.; Pushparaj, A.; Christopher, D.S., “Conjugate heat transfer from sudden expansion using nanofluid”, Numerical Heat Transfer Part A, Vol. 67,pp. 75-99, 2015.
[6] Mohammed, H.A.; Alawi, O.A.; Wahid, M.A.,“Mixed convective nanofluids flow in a channel having backwardfacing step with a baffle”, Powder Technology, Vol. 275, pp. 329-343, 2015.
[7] Togun, H., “Laminar CuO–water nano-fluid flow and heat transfer in a backward-facing step with and
without obstacle”, Applied Nanoscience, pp. 1-8,2015.
[8] Terhaar, S.; Velazquez, A.; Arias, J.R.; Sanchez-Sanz, M., “Experimental study on the unsteady laminar heat
transfer downstream of a backwards facing step”,International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37, No. 5, pp. 457-462, 2010.
[9] Kherbeet, A.Sh.; Mohammed, H.A.; Salman, B.H.; Ahmed, H.E.; Alawi, O.A.; Rashidi, M.M.,“Experimental study of nanofluid flow and heat transfer over microscale backward- and forward-facing steps”, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 65, pp.13-21, 2015.
[10] Abu-Nada, E.; Al-Sarkhi, A.; Akash, B.; Al-Hinti, I., “Heat transfer and fluid flow characteristics of separated flows encountered in a backward-facing step under the effect of suction and blowing”, Journal of Heat Transfer, Vol. 129, No. 11, pp. 1517-1528, 2007.
[11] Uruba, V.; Jonas, P.; Mazur, O., “Control of a channelflow behind a backward-facing step by suction/blowing”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 28, No. 4, pp. 665-672, 2007.
[12] Pour, M.S.; Gandjalikhan Nassab, S.A., “Numerical investigation of forced laminar convection flow of
nanofluids over a backward facing step under bleeding condition”, Journal of Mechanics, Vol. 28, No. 2, pp. 7-12, 2012.
[13] Zahmatkesh, I.; Emdad, H.; Alishahi, M.M., “Twofluid analysis of a gas mixing problem”, Scientia Iranica, Transactions B, Vol. 20, No. 1, pp. 162-171, 2013.
[14] Kalteh, M.; Abbassi, A.; Saffar-Avval, M.; Harting, J., “Eulerian-Eulerian two-phase numerical simulation of nanofluid laminar forced convection in a microchannel”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 32, No. 1, pp. 107-116, 2011.
[15] Kalteh, M.; Abbassi, A.; Saffar-Avval, M.; Frijns, A.;Darbuber, A.; Harting, J., “Experimental and numerical
investigation of nanofluid forced convection inside a wide microchannel heat sink”, Applied Thermal Engineering, Vol. 36, pp. 260-268, 2012.
[16] Akbari, M.; Galanis, N.; Behzadmehr, A., “Comparative analysis of single and two-phase models for CFD studies of nanofluid heat transfer”, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 50, No. 8, pp. 1343-1354, 2011.
[17] Moraveji, M.K.; Ardehali, R.M., “CFD modeling (comparing single and two-phase approaches) on thermal performance of Al2O3/water nanofluid in minichannel heat sink”, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 44, pp. 157-164, 2013.
[18] Rashidi, M.M.; Hosseini, A.; Pop, I.; Kumar, S.;Freidoonimehr, N., “Comparative numerical study of single and two-phase models of nanofluid heat transfer in wavy channel”, Applied Mathematics and Mechanics (English Edition), Vol. 35, No. 7, pp. 831-848, 2014.
[19] ترشیزی، ادریس؛ زحمتکش، ایمان،” ارزیابی رویکردهای اولری-اولری و مخلوط دوفازی برای تحلیل جریان نانوسیال در میکروکانال“، بیست و دومین همایش سالانۀ بین المللی مهندسی. مکانیک، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران، 1393
[20] ترشیزی، ادریس؛ زحمتکش، ایمان،” مقایسۀ مدل های تک فازی، مخلوط دوفازی و اولری-اولری در شبیه سازی برخورد جت نانوسیالات“، نشریۀ علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک، .1395، دوره 27 ، شما
[21] ترشیزی، ادریس؛ زحمتکش، ایمان،” به کارگیری مدل دوفازی اولری-اولری برای شبیه سازی جریان متلاطم نانوسیال در جت برخوردی“، بیست و سومین همایش سالانۀ بین المللی مهندسی. مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران، 1394
[22] زحمتکش، ایمان،” تولید آنتروپی نانوسیالات در همرفت طبیعی در محفظه های متخلخل مستطیل شکل“، نشریۀ مکانیک .1393 ،184- سازه ها و شاره ها، دوره 4، شماره 3،
[23] Syamlal, M.; Gidaspow, D., “Heat hydrodynamics of fluidization: prediction of wall to bed heat transfer coefficients”, AIChE Journal, Vol. 31, No. 1, pp. 127-135, 1985.
[24] Drew, D.A.; Lahey, R.T., “Analytical modeling of multiphase flow”, In: Roco, M.C. (Ed.), Particulate Two-Phase Flow, pp. 509-566, Boston: Butterworth–Heinemann, 1993.
[25] Bouillard, J.X.; Lyczkowski, R.W.; Gidaspow, D.,“Porosity distributions in a fluidized bed with an immersed obstacle”, AIChE Journal, Vol. 35, No. 6,pp. 908-922, 1989.
[26] Wakao, N.; Kaguei, S., “Heat and Mass Transfer in Packed Beds”, New York: Gordon and Breach, 1982.
[27] Kuipers, J.A.M.; Prins, W.; Van Swaaij, W.P.M.,“Numerical calculation of wall-to-bed heat-transfer coefficients in gas-fluidized beds”, AIChE Journal,Vol. 38, No. 7, pp. 1079-1091, 1992.
[28] Patankar, S.V., “Numerical Heat Transfer and Fluid Flow”, Washington DC: Hemisphere McGraw-Hill,1980.
[29] Vasquez, S.A.; Ivanov, V.A., “A phase coupled method for solving multiphase problems on unstructured meshes”, Proceedings of ASME 2000 Fluids Engineering Division Summer Meeting,Boston, Massachusetts, 2000.