تحلیل عددی قدرت جریان ثانویه ناشی از محرک الکتروهیدرودینامیک در یک کانال مسطح

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 گیلان*مهندسی مکانیک

3 دانشگاه گیلان*فنی و مهندسی شرق گیلان

چکیده

در مقاله حاضر، تأثیر جریان ثانویه ناشی از محرک الکتروهیدرودینامیک بر شار ورتیسیتی، به عنوان معیار قدرت جریان ثانویه و گردابه‌های ناشی از آن درون یک کانال مسطح به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای حل معادلات میدان‌های الکتریکی، جریان و دما از روش حجم محدود استفاده شده است. در این مطالعه، تأثیر پارامترهای مؤثر بر پدیده الکتروهیدرودینامیک از قبیل عدد رینولدز، ولتاژ اعمالی و آرایش الکترود تزریق‌کننده بر شار ورتیسیتی و همچنین رابطه بین جریان و انتقال حرارت سیال با شار ورتیسیتی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که در حضور میدان الکتریکی، با افزایش عدد رینولدز جریان ورودی، ابعاد گردابه‌های اولیه ناشی از باد کرونا و شار ورتیسیتی بی‌بعد کاهش می‌یابد. همچنین مشاهده شده که با افزایش ولتاژ، ابعاد گردابه‌های اولیه و ثانویه ناشی از باد کرونا و شار ورتیسیتی بی‌بعد افزایش می‌یابد. نتایج حاکی از آن است که رفتار ضریب افزایش انتقال حرارت بی‌بعد کاملاً مشابه و وابسته به ضریب افزایش شار ورتیسیتی بی‌بعد می‌باشد. همچنین، با نزدیک ‌شدن الکترود تزریق‌کننده به ورودی کانال نسبت به موقعیت الکترود نزدیک به خروجی کانال، شار ورتیسیتی بی‌بعد متوسط و ضریب افزایش انتقال حرارت متوسط، به ترتیب 9/27 و 9/17 درصد افزایش می‌یابد.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Analysis of Secondary Flow Strength Induced by Electrohydrodynamic Actuator Through a Smooth Channel

نویسندگان [English]

  • Hesam Moayedi 1
  • nima amani fard 2
  • Hamed Mohaddes Deylami 3
1 Thermo-Fluids Department, Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Iran
3 University of guilan
چکیده [English]

In this paper, the effect of the secondary flow induced by the electrohydrodynamic actuator is numerically investigated in the vorticity flux, as a criterion for the secondary flow strength, and the electrohydrodynamic vortices through a smooth channel. In this study, the influence of effectiveness parameters of the electrohydrodynamic as the Reynolds number, applied voltage and the arrangement of the emitting electrode on the vorticity flux, and also relationship between flow and heat transfer characteristics with the vorticity flux are evaluated. The results indicated that in presence of electric field, by increasing the Reynolds number, dimension of the upstream electrohydrodynamic-induced vortices and the vorticity flux are decreased. Also, it is obvious that by increasing the applied voltage, the dimension of the electrohydrodynamic-induced vortices and the vorticity flux are increased. According to numerical results, the heat transfer enhancement is completely depending on the vorticity flux. Also, by changing of the emitter arrangements, the non-dimension average vorticity flux and the average heat transfer enhancement are changed. It is shown that with decrease of the distance between emitter electrode and inlet of channel, the non-dimension average vorticity flux and the average heat transfer enhancement are increased 27.9% and 17.9%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical Analysis
  • Vorticity flux
  • electrohydrodynamics
  • heat transfer
[1] P.M. Le, D.V. Papavassiliou, A physical picture of the mechanism of turbulent heat transfer from the wall, International Journal of Heat and Mass Transfer, 52(21-22) (2009) 4873-4882.
[2] C. Habchi, T. Lemenand, D. Della Valle, L. Pacheco, O. Le Corre, H. Peerhossaini, Entropy production and field synergy principle in turbulent vortical flows, International Journal of Thermal Sciences, 50(12) (2011) 2365-2376.
[3] C. Habchi, T. Lemenand, D.D. Valle, H. Peerhossaini, Turbulence behavior of artificially generated vorticity, Journal of Turbulence, (11) (2010) N36.
[4] F. Dolati, N. Amanifard, H. Mohaddes Daylami, K. Yazdani, Numerical analysis of the electric field effect on mass transfer through a moist object, Modares Mechanical Engineering, 17(1) (2017) 383-393. (in Persian).
[5] Y. Liao, Z. Feng, X. Zhou, Predicting the pumping effects of electrohydrodynamic (EHD) gas pumps by numerical simulations and quantitative pressure drop vs. flow rate curves, Journal of Electrostatics, 96 (2018) 160-168.
[6] H. Deylami, N. Amanifard, S. Hosseininezhad, F. Dolati, Numerical investigation of the wake flow control past a circular cylinder with Electrohydrodynamic actuator, European Journal of Mechanics-B/Fluids, 66 (2017) 71-80.
[7] F.S. Taghavi, N. Amanifard, H. Deylami, F. Dolati, Numerical investigation of collecting wire electrode effect on the flow field and heat transfer with electrohydrodynamic actuator, Journal of Solid and Fluid Mechanics, 6 (2016) 201-213. (in Persian).
[8] S.S.N. Ayuttaya, C. Chaktranond, P. Rattanadecho, Numerical analysis of electric force influence on heat transfer in a channel flow (theory based on saturated porous medium approach), International Journal of Heat and Mass Transfer, 64 (2013) 361-374.
[9] H.M. Deylami, N. Amanifard, F. Dolati, R. Kouhikamali, K. Mostajiri, Numerical investigation of using various electrode arrangements for amplifying the EHD enhanced heat transfer in a smooth channel, Journal of Electrostatics, 71(4) (2013) 656-665.
[10] M. Peng, T.-H. Wang, X.-D. Wang, Effect of longitudinal electrode arrangement on EHD-induced heat transfer enhancement in a rectangular channel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 93 (2016) 1072-1081.
[11] T.-H. Wang, M. Peng, X.-D. Wang, W.-M. Yan, Investigation of heat transfer enhancement by electrohydrodynamics in a double-wall-heated channel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 113 (2017) 373-383.
[12] L.-M. Chang, L.-B. Wang, K.-W. Song, D.-L. Sun, J.-F. Fan, Numerical study of the relationship between heat transfer enhancement and absolute vorticity flux along main flow direction in a channel formed by a flat tube bank fin with vortex generators, International Journal of Heat and Mass Transfer, 52(7-8) (2009) 1794-1801.
[13] K.-W. Song, L.-B. Wang, The effectiveness of secondary flow produced by vortex generators mounted on both surfaces of the fin to enhance heat transfer in a flat tube bank fin heat exchanger, Journal of Heat Transfer, 135(4) (2013) 041902.
[14] T. Lemenand, C. Habchi, D. Della Valle, H. Peerhossaini, Vorticity and convective heat transfer downstream of a vortex generator, International Journal of Thermal Sciences, 125 (2018) 342-349.
[15] H. Moayedi, N. Amanifard, H.M. Deylami, Evaluation of using micropolar fluid approach for the EHD-enhanced forced convection through a rectangular channel using multiple electrode arrangements, Applied Thermal Engineering, (2019) 113857.
[16] K. Adamiak, P. Atten, Simulation of corona discharge in point–plane configuration, Journal of electrostatics, 61(2) (2004) 85-98.
[17] H. Moayedi, N. Amanifard, H.M. Deylami, F. Dolati, Numerical investigation of using micropolar fluid model for EHD flow through a smooth channel, Journal of Electrostatics, 87 (2017) 51-63.
[18] N. Oussalah, Y. Zebboudj, Finite-element analysis of positive and negative corona discharge in wire-to-plane system, The European Physical Journal-Applied Physics, 34(3) (2006) 215-223.
[19] M. Havet, Effect of process parameters on the EHD airflow, Journal of Electrostatics, 67(2-3) (2009) 222-227.