مطالعه عددی تأثیر زبری های یکنواخت سینوسی بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیال در محفظه مربعی به ‌روش شبکه بولتزمن

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه زابل

2 مربی، مهندسی مکانیک، دانشگاه زابل

10.22044/jsfm.2019.7164.2684

چکیده

در این مقاله، تأثیر زبری‌های یکنواخت سینوسی بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیالها در محفظه بسته به روش شبکه بولتزمن مورد مطالعه قرار گرفته است. دیواره‌های جانبی چپ و راست محفظه دارای زیری‌های یکنواخت سینوسی بوده و به ترتیب در دماهای گرم و سرد قرار گرفته‌اند. تقریب بوزینسک که برای تغییرات جزئی چگالی استفاده شده است، باعث تأثیرپذیری میدان‌های هیدرودینامیکی و حرارتی از همدیگر می‌گردد. ویسکوزیته و هدایت حرارتی مؤثر نانوسیال‌ با مدل KKL محاسبه شده است که تأثیر حرکت براونی ذرات را لحاظ می‌کند. برای توابع توزیع سرعت و دما، مدل شبکه D2Q9 بکار رفته و از یک کد به زبان فرترن استفاده شده است. اثر تغییر پارامترهایی نظیر عدد رایلی، محل قرارگیری زبری‌ها، تعداد زبری‌ها، دامنه بی‌بعد زبری‌ها و کسر حجمی‌ها مختلف از نانوسیال‌ آب-اکسید آلومینیم بر روی میدان‌های جریان و دما مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهند که افزایش عدد رایلی و افزایش کسر حجمی، انتقال حرارت را افزایش می‌دهند اما افزایش تعداد و دامنه بی‌بعد زبری‌ها سینوسی یکنواخت عدد ناسلت میانگین را کاهش می‌دهند. نرخ افزایش و کاهش عدد ناسلت میانگین نیز تابع محل قرارگیری زبری‌ها سینوسی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ostrach S (1988) Natural convection in enclosures. J Heat Trans-T ASME 10(4b): 1175-1190.

[2] Calcagni B, Marsili F, Paroncini M (2005) Natural convective heat transfer in square enclosures heated from below. Appl Therm Eng 25(16): 2522-253

[3] Abu-Nada E (2010) Natural convection heat transfer simulation using energy conservative dissipative particle dynamics. Phys Rev E 81(056704): 1-14

[4] Davis GDV (1983) Natural convection of air in a square cavity, a bench mark numerical solution. Int J Numer Methods Fluids 3: 249-264

[5]  Barakos G, Mistoulis E (1994) Natural convection flow in a square cavity revisited: Laminar and turbulent models with wall functions. Int J Numer Method Heat Fluid Flow 18:695-719.

[6]  Choi SUS, Eastman JA (1995) Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles. ASME FED 231(1): 99-105

[7]  Khanafer K, Vafai K, Lightstone M, (2003) Buoyancy-driven heat transfer enhancement in a two-dimensional enclosure utilizing nanofluids. Int J Heat Mass Tran 46(19): 3639-3653

[8]  Abu-Nada E, Chamkha A (2010) Effect of nanofluid variable properties on natural convection in enclosures filled with a CuOeEGeWater nanofluid. Int J Therm Sci 49(3): 2339-2352

[9]  Rezvani A, Biglari M, Valipour MS (2017) Numerical solution of natural convective heat transfer of Al2O3/water nanofluids in a square cavity with modified circular corners. Journal of Solid and Fluid Mechanics 7(1): 315-328

[10] Selimefendigil F, Oztop HF (2016) Conjugate natural convection in a cavity with a conductive partition and filled with different nanofluids on different sides of the partition. J Mol Liq 216: 67-77.

[11] Kaviany M (1984) Effect of a protuberance on thermal convection in a square cavity. J Heat Transf (106): 830-834.

[12] Khanafer K, AlAmiri A, Bull J (2015) Laminar natural convection heat transfer in a differentially heated cavity with a thin porous fin attached to the hot wall. Int J Heat Mass Transf 87: 59-70

[13] Alavi N, Armaghani T, Izadpanah E (2016) Natural convection heat transfer of a nanofluid in a baffle L-Shaped cavity. Journal of Solid and Fluid Mechanics (3): 311-321.

 [14] Shahriari A (2017) Effect of magnetic field on natural convection heat transfer of nanofluid in wavy cavity with non-uniform temperature distribution. Modares Mechanical Engineering 17(4): 29-40.

[15] Shahriari A, Ashorynejad H (2017) Numerical study of heat transfer and entropy generation of Rayleigh–B enard convection nanofluid in wavy cavity with magnetic field. Modares Mechanical Engineering 17(10): 385-396

 [16] Sheikholeslami M, Gorji-Bandpy M, Ganji DD (2014) Investigation of nanofluid flow and heat transfer in presence of magnetic field using KKL model. Arab J Sci Eng 39(1): 5007-5016

[17] Cho CC, Chen CL, Chen CK (2012) Natural convection heat transfer performance in complex-wavy-wall enclosed cavity filled with Nanofluid. Int J Therm Sci 60(1): 255-226

[18] Shahriari A (2016) Numerical simulation of free convection heat transfer of nanofluid in a wavy-wall cavity with sinusoidal temperature distribution using lattice Boltzmann method. Modares Mechanical Engineering 16(9): 143-154

[19] Rahimi A, Sepehr M, Janghorban Lariche M, Kasaeipoor A, Hasani Malekshah E, Kolsi L (2018) Entropy generation analysis and heatline visualization of free convection in nanofluid (KKL model-based)-filled cavity including internal active fins using lattice Boltzmann method. Comput Math Appl 75: 1814-1830.

[20] Kao PH, Yang RJ (2007) Simulating oscillatory flows in Rayleigh–Bénard convection using the lattice Boltzmann method. Int J Heat Mass Tran 50(17): 3315-3328

[21] Guo Z, Zheng C, Shi B (2002) An extrapolation method for boundary conditions in Lattice Boltzmann method. Phys Fluids 14(6): 2007-2010.