بررسی برهم‌کنش شاره-جامد در جریان تراکم ناپذیر و تأثیر دامنه نوسان بر انتقال گرما

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی

2 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران ،

چکیده

در این پژوهش تأثیر برهم کنش شاره-جامد برای جریان همرفت اجباری در کانالی با جریان تراکم ناپذیر دوبعدی بررسی می‌شود. یک سطح این کانال تبادل گرما داشته و سطح دیگر جامد الاستیک و عایق است. با عبور جریان از سطح گرم و نوسان سطح الاستیک آهنگ گرمای منتقل شده به سیال تغییر می‌کند. در این حالت آهنگ تبادل گرما به عنوان تابعی از شرایط سطح الاستیک نوسان‌گر رفتار می‌نماید، که یکی از این عوامل مؤثر بر تبادل گرما، دامنه ارتعاش سطح الاستیک می‌باشد. از این جهت هدف شبیه‌سازی صورت گرفته، بررسی کاربرد جایگزینی مرز الاستیک با مرز صلب در بخشی از کانال و تأثیر اندازه بیشینه دامنه نوسان سطح الاستیک مرتعش بر آهنگ انتقال گرما است. در کانال مورد بررسی سطح پایین تحت شرط مرزی دما ثابت قرار داشته و سطح بالایی در دو حالت صلب و الاستیک، عایق بوده و با سیال عامل هوا در شرایط مختلف بررسی شده است. معلوم شد که عدد نوسلت میانگین و دمای میانگین هوای خروجی از کانال، با جایگزینی سطح الاستیک با بخشی از مرز کانال صلب افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش بیشینه دامنه نوسان جدار مرتعش، عدد نوسلت میانگین، دمای میانگین سیال خروجی و آهنگ انتقال گرما از سطح دما ثابت به سیال عامل افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Fluid-Solid Interaction in Incompressible Flow and The Effect of Oscillation Amplitude on Heat Transfer

نویسندگان [English]

  • Seyed Esmail Razavi 1
  • HOJJAT DANANDEH OSKUEI 2
1 Professor, Mechanical Engineering, Faculty of Mechanics, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 PHD STUDENT , Mechanical Engineering, Faculty of Mechanics, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In this study, the effect of fluid-solid interaction on forced convection flow in a channel with the two-dimensional incompressible fluid flow is investigated. One surface can exchange heat and the other is elastic and insulated. As the fluid flows through the hot and oscillating elastic surfaces, the rate of heat transfer to the fluid varies. In this case, the heat exchange rate behaves as a function of the conditions of the oscillating elastic surface, one of the factors affecting the heat exchange is the vibration amplitude of the elastic surface. Therefore, the aim of the simulation is to investigate the application of the replacement of the elastic boundary with the rigid boundary in a part of the channel and the effect of the maximum size of the amplitude of vibration of the vibrating elastic surface on the heat transfer rate. It was found that the average Nusselt number and the average temperature of the air leaving the channel increase with the replacement of the elastic surface with a part of the rigid channel boundary. Also, with increasing the maximum amplitude of oscillation wall vibration, the Naselt number, the average temperature of the output fluid, and the rate of heat transfer from the constant temperature level to the operating fluid increases.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fluid-solid
  • Elastic boundary
  • forced convection
  • Incompressible flow
  • Nusselt number
[1]V. Shankar, Stability of fluid flow through deformable tubes and channels: an overview, Sadhana, 40(3) (2015) 925-943.
[2]A. Al-Amiri, K. Khanafer, 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, 54(17-18) (2011) 3826-3836.
[3]S. Ali, C. Habchi, S. Menanteau, T. Lemenand, J.-L. Harion, Heat transfer and mixing enhancement by free elastic flaps oscillation, International Journal of Heat and Mass Transfer, 85 (2015) 250-264.
 [4]F. Selimefendigil, H.F. Öztop, Mixed convection in a partially heated triangular cavity filled with nanofluid having a partially flexible wall and internal heat generation, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 70 (2017) 168-178.
[5]M. Ghalambaz, E. Jamesahar, M.A. Ismael, A.J. Chamkha, Fluid-structure interaction study of natural convection heat transfer over a flexible oscillating fin in a square cavity, International Journal of Thermal Sciences, 111 (2017) 256-273.
[6]W.A. Sabbar, M.A. Ismael, M. Almudhaffar, Fluid-structure interaction of mixed convection in a cavity-channel assembly of flexible wall, International Journal of Mechanical Sciences, 149 (2018) 73-83.
[7]F. Selimefendigil, H.F. Öztop, Laminar convective nanofluid flow over a backward-facing step with an elastic bottom wall, Journal of Thermal Science and Engineering Applications, 10(4) (2018).
[8]  S.M.H. Zadeh, S. Mehryan, E. Izadpanahi, M. Ghalambaz, Impacts of the flexibility of a thin heater plate on the natural convection heat transfer, International Journal of Thermal Sciences, 145 (2019) 106001.
[9]X. Sun, Z. Ye, J. Li, K. Wen, H. Tian, Forced convection heat transfer from a circular cylinder with a flexible fin, International Journal of Heat and Mass Transfer, 128 (2019) 319-334.
[10]M.A. Ismael, Forced convection in partially compliant channel with two alternated baffles, International Journal of Heat and Mass Transfer, 142 (2019) 118455.
 [11]F. Selimefendigil, H.F. Öztop, 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, 144 (2019) 118598.
[12] G. Hwang, K. Cheng, Convective instability in the thermal entrance region of a horizontal parallel-plate channel heated from below,  (1973(.
 [13]F. White, Fluid Mechanics (Mechanical Engineering), in, McGraw-Hill, 2015.
 [14]F.P. Incropera, D.P. DeWitt, Introduction to heat transfer, J. Wiley & sons, 1990.
  [15]A. Bejan, Convection heat transfer, John wiley & sons, 2013.