بررسی تجربی افزایش انتقال حرارت بوسیله جریان های آکوستیک در یک محفظه بسته استوانه ای شکل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیر کبیر؛

2 نویسنده مسئول و استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیر کبیر؛

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیر کبیر؛

4 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیر کبیر؛

5 کارشناس، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیر کبیر؛

چکیده

در این مقاله اثر جریان آکوستیک بر افزایش انتقال حرارت از یک گرمکن تخت افقی و رو به پایین در یک محفظه بسته استوانه­ای شکل پر از آب، به­صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. امواج ایستا بین منبع حرارتی، به­عنوان منعکس­کننده و صفحه مرتعش پایینی ایجاد می­شود. جریان آکوستیک، یک جریان پایدار چرخشی است که توسط این میدان امواج ایستا، القا می­شود. صفحه بالایی با شار حرارتی ثابت گرم شده و دیواره­های کناری در یک دمای ثابت نگاه داشته می­شوند. بنابراین اثرات گرانش در این مقاله ناچیز است و افزایش انتقال حرارت، به­دلیل ارتعاشات فراصوت است. برای یافتن بهترین محدوده قدرت آکوستیک، فشار آکوستیک اندازه­گیری شده است. نتایج نشان می­دهند که افزایش انتقال حرارت می­تواند به­کمک ارتعاشات فراصوت، نزدیک به 400٪ افزایش یابد. افزایش در توان ترانسدیوسر و کاهش در ارتفاع گرمکن، موجب افزایش ضریب انتقال حرارتی در محفظه می­شود. همچنین افزایش کاویتاسیون به شدت موجب تضعیف افزایش ضریب انتقال حرارت می­شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Heat Transfer Enhancement by Acoustic Streaming in a Closed Cylindrical Enclosure

نویسندگان [English]

  • Behnaz Tajik 1
  • Abbas Abbasi 2
  • Majid Saffar Avval 3
  • Amir Abdollah 4
  • Mohammad Kazemi 5
  • Hosein Babaei 5
چکیده [English]

In this study, the effect of acoustic streaming on heat transfer enhancement of a down-ward-facing horizontal heating surface in a closed cylindrical enclosure filled with water was investigated experimentally. Standing waves were generated between the heating source as a reflector and vibrating lower plate. Acoustic streaming is a steady circular flow induced by this standing waves field. The upper plate was heated with a constant heat flux and side-walls were kept at the constant temperature. Therefore, the gravitational effects were negligible and the heat transfer enhancement was due to ultrasonic vibrations. In order to find out the best range of ultrasonic power, the acoustic pressure was measured. The results show that the enhancement of the heat transfer can be up to 400% by the ultrasonic vibrations. The increase in the transducer power and the decrease in the height of the heater cause the higher heat transfer coefficient in the enclosure. In addition, the increase in cavitation phenomenon severely weakens the increase in heat transfer coefficient.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : heat transfer enhancement
  • acoustic streaming
  • standing wave
  • cylindrical enclosure
  • Ultrasonic
  • Cavitation

مراجع

[1] Loh, B., Hyun, S., Ro, P.I., Kleinstreuer, C., “Acoustic streaming induced by ultrasonic flexural vibrations and associated enhanced of convective heat transfer”, Journal of the Acoustical Society of America, 111, No. 2, pp. 875-883, 2002.
[2] Aktas, M.K., “Thermoacoustically Induced and Acoustically Driven Flows and Heat Transfer in Enclosures”, PhD thesis, Drexel University, May 2004.
[3] Nomura, S., Nakagawa, M., “Heat Transfer Enhancement by Ultrasonic Vibration”, Proceedings of the ASME/JSME Thermal Engineering Joint Conference 4, pp. 275-282, 1995.
[4] Nomura, S., Murakami, K., Aoyama, Y., Ochi, J., “Effects of Changes in Frequency of Ultrasonic Vibration on Heat Transfer”, Heat Transfer-Asian Researches, 29, No. 5, pp. 358-372, 2000.
[5] Ro, P.I., Loh, B., “Feasibility of using ultrasonic flexural waves as a cooling mechanism”, IEEE
Transactions on Industrial Electronics, 48, No. 1, pp.143-150, 2001.
[6] Wu, T., Ro, P.I., “Heat Transfer Performance of a Cooling System using Vibration Piezoelectric Beams”, Journal of Micromechanics and Microengineering, 15, pp. 213-220, 2005.
[7] Hyun, S, Lee, D., Loh, B., “Investigation of Convective Heat Transfer Augmentation using Acoustic Streaming Generated by Ultrasonic Vibrations”, International journal of Heat and mass Transfer, 48, pp. 703-718, 2005.
[8] Lee, D., Loh, B., “Smart Cooling Technology Utilizing Acoustic Streaming”, IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 30 ,No. 4, pp. 691-699, Dec 2007.
[9] Iida, Y., Tsutsui, K., Ishii, R., Yamada, Y., “Natural-Convection Heat Transfer in a Field of Ultrasonic Waves and Sound Pressure”, Journal of Chemical Engineering of Japan, 24, No. 6, pp. 794-796, 1991.
[10] Nomura, S., Yamamoto, A., Murakami, K., “Ultrasonic Heat Transfer Enhancement using a Horn-Type Transducer”, Japanese Journal of Applied Physics, Part 1: Regular Papers and Short Notes and Review Papers, 41, No. 5 B, pp. 3217-3222, May 2002.
[11] Yukawa, H., Hoshino, T., Saito, H., “The Effect of Ultrasonic Vibrations on Free Convective Heat Transfer from Heated Wire to Water”, Heat Transfer-Japanese Research, 5, No. 1, pp. 37-49, 1976.
[12] Yukawa, H., Hoshino, T., Saito, H., “Effect of Ultrasonic Vibration on Free Convective Heat Transfer from an Inclined Plate in Water”, Heat Transfer-Japanese Research, 5, No. 4, pp. 1-16, 1976.
[13] Zhou, D.W., Liu, D.Y., Hu, X.G., Ma, C.F., “Effect of Acoustic Cavitation on Boiling Heat Transfer”, Experimental Thermal and Fluid Science, 26, pp. 931-938, 2002.
[14] Kim, H., Kim, Y.G., Kang, B.H., “Enhancement of Natural Convection and Pool Boiling Heat Transfer via Ultrasonic Vibration”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 47, pp. 2831-2840, 2004.
[15] Fairbanks, H.V., “Influence of Ultrasound Upon Heat Transfer Systems”, Ultrasonic Symposium, pp. 384-387, 1979.
[16] Hamilton M.F., Blackstock D.T., “Nonlinear Acoustics”, Academic Press, California, U.S.A., 1998.
[17] Lienhard IV, J.H., Lienhard V, J.H., “A Heat Transfer Textbook”, Phlogiston Press, Third Edition, Cambridge, Massachusetts, U.S.A., 2006.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار