تحلیل عددی تأثیر وجود بافل بر افزایش انتقال حرارت جریان نانوسیال روی یک پله پسرو: رابطه برازش برای عدد ناسلت متوسط

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

10.22060/mej.2020.18564.6848

چکیده

در مقاله حاضر، تأثیر حضور بافل بر الگوی جریان و افزایش انتقال حرارت جابجایی اجباری نانوسیال مس با پایه آب در محدوده رژیم آرام روی یک پله پسرو به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مطالعه، تأثیر پارامترهای هندسی بافل از قبیل ارتفاع، عرض و تعداد آن و همچنین عدد رینولدز و کسر حجمی نانوذرات بر الگوی جریان و انتقال حرارت مورد ارزیابی قرار گرفته است. به منظور ارزیابی همزمان افزایش انتقال حرارت و افت فشار، شاخص ارزیابی عملکرد تعریف شده است. نتایج نشان می‌دهد که شاخص ارزیابی عملکرد در حضور بافل در تمامی شرایط مقداری بزرگتر از 1 دارد که نشان‌دهنده مؤثر بودن حضور بافل بر راندمان حرارتی می‌باشد. نتایج حاکی از آن است که با افزایش ارتفاع بافل، عدد رینولدز و کاهش کسر حجمی، شاخص ارزیابی عملکرد افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش ارتفاع بافل، اندازه طول اتصال مجدد (Xr) کاهش می‌یابد. در تمامی شرایط، مقدار افزایش عدد ناسلت متوسط و شاخص ارزیابی عملکرد، برای عرض بافل wb=2H نسبت به سایر مقادیر عرض بافل، به ترتیب حدود %6/7 و 15% می‌باشد. نتایج نشان می‎دهد که حضور 2 بافل بهتر از تعداد دیگر بافل‌ها است. به منظور جمع‌بندی، یک رابطه برازش برای Num/Num0 همچون تابعی از عدد رینولدز (Re)، کسر حجمی نانو ذرات (φ)، تعداد بافل (N)، ارتفاع بافل (hb) و عرض بافل (wb) با خطای متوسط %88/2 ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical analysis of the effect of baffle on heat transfer enhancement nanofluid flow over a backward facing step: A correlation for the average Nusslet number

نویسنده [English]

  • Hesam Moayedi
Thermo-Fluids Department, Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Iran
چکیده [English]

In this paper, the effect of baffle on the flow field and heat transfer enhancement of forced convection of Cu-water nanofluid flow in the laminar regime over a backward facing step is numerically investigated. In this study, the influence of baffle geometrical parameters as height, width and number of baffles, as well as the Reynolds number and the volume fraction of nanoparticles on the flow filed and heat transfer are evaluated. Also, to evaluate the simultaneous of the heat transfer enhancement and pressure drop, the Performance Evaluation Index (η) is calculated. The results indicated that in presence of baffle, the η is higher than 1 for all cases, and it is clear that the presence of baffle is effective on thermal efficiency. It is obvious that by increasing the Reynolds number and decreasing the volume fraction of nanoparticles, the Performance Evaluation Index is increased. For all cases, the average Nusselt number and the Performance Evaluation Index for wb=2H are higher than other cases about 7.6% and 15% respectively. The results show that using 2 baffles must be more beneficial than other number of baffles. Finally, a correlation for the Num/Num0 as a function of Reynolds number (Re), volume fraction of nanoparticles (φ), number of baffles (N), baffle height (hb) and baffle width (wb) is presented with an average error of 2.88%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical Analysis
  • Backward facing step
  • Nanofluid
  • baffle
  • heat transfer