انتقال حرارات جابجایی اجباری عبوری از یک سیلندر دایروی ساکن در سیالات غیرنیوتنی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

3 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

4 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

چکیده

در مطالعه حاضر، انتقال حرارت سیال غیرنیوتنی گذرنده از روی سیلندر دایروی ساکن در جریان آزاد با استفاده از روش شبکه بولتزمن در حالت دو بعدی و رژیم جریان ناپایا شبیه سازی شده است. از مدل توانی برای شبیه سازی رفتار سیال غیرنیوتنی استفاده شده است. شبیه سازی‌های عددی برای سه عدد رینولدز اعداد رینولدز (80، 100 و 120)، اعداد پرانتل 10 و 20، شاخص‌های توانی متفاوت در بازه بین 0/4 تا 1/8 و اعداد بریکمن صفر، 1 و 3 انجام شده است. اثر پارامترهای مختلف بر روی کانتور ورتیسیته، خطوط هم‌دما، عدد ناسلت محلی و عدد ناسلت متوسط سطح-تناوبی مطالعه می‌شود. نتایج حاصل نشان می‌دهد که ترم اتلاف ویسکوز نقش بسیار مهمی در سیالات غیر نیوتنی ایفا می‌کند. با تغییر خواص سیال از رقیق شونده برشی به نیوتنی و سپس به غلیظ شونده برشی، طول و پهنای گرابه‌ها افزایش و فاصله مابین خطوط هم‌دما کاهش می‌یابد. بطورکلی، نرخ انتقال گرما از سطح سیلندر با کاهش اعداد رینولدز و پرانتل و با افزایش عدد بریکمن و شاخص توانی، کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Prandtel L (1925) The Magnus effect and wind powered ships.Naturwissenschaften 13: 93-108.

[2] Coutanceau M, Menard C (1985) Influence of rotation on the near-wake development behind an impulsively started circular cylinder. J Fluid Mech 158: 399-466.

[3] Peller H, Lippig V, Straub D, Waibel R (1984) Thermofluiddynamic experiments with a heated and rotating circular cylinder in crossflow. Part 1: Subcritical heat transfer measurements. Exp Fluids 2(3): 113–120.

[4] Peller H (1986) Thermofluiddynamic experiments with a heated and rotating circular cylinder in crossflow. Part 2.1: Boundary layer profiles and location of separation points. Exp Fluids 4(4): 223-231.

[5] Peller H, Straub D (1988) Thermofluiddynamic experiments with a heated and rotating circular cylinder in crossflow. Part 2.2: Temperature  boundary layer profiles. Exp Fluids 6(2): 111-114.

[6] Zerdem B (2000) Measurement of convective heat transfer coefficient for a horizontal cylinder rotating in quiescent air. Int. Commun. Heat Mass Transfer 27(3): 389-395.

[7] Kendoush A A (1996) An approximate solution of the convective heat transfer from an isothermal rotating cylinder. Int J Heat Fluid Flow 17 (4): 439-441.

[8] M.Morales R E, Balparda A,Neto A S (1999) Large-eddy simulation of the combined convection around a heated rotating cylinder. Int J Heat Mass Transfer 42(5): 941–949.

[9] Coelho PM, Pinho FT (2003) Vortex shedding in cylinder flow of shear-thinning fluids, II. Flow characteristics. J Non-Newton Fluid 110: 177-193.

[10] Coelho PM, Pinho FT (2004) Vortex shedding in cylinder flow of shear-thinning fluids. III. Pressure measurements. J Non-Newton Fluid 121: 55-68.

[11] Sivakumar P, Bharti RP, Chhabra RP (2006) Effect of power-law index on critical parameters for power-law flow across an unconfined circular cylinder. Chem Eng Sci 61: 6035-6046.

[12] Bharti RP, Chhabra RP, Eswaran V (2006) Steady flow of power-law fluids across a circular cylinder. Can J Chem Eng 84: 406-421.

[13] Patnana V K, Bharti R P, Chhabra R P (2009) Two-dimensional unsteady flow of power–law fluids over a cylinder. Chem. Eng. Sci 64: 2978–2999.

[14] Sivakumar P, Bharti RP, Chhabra RP (2007) Steady flow of power-law fluids across an unconfined elliptical cylinder. Chem Eng Sci 62: 1682-1702.

[15] Fallah K, Khayat M, Borghei MH, Ghaderi A, Fattahi E (2012) Multiple-relaxation-time lattice Boltzmann simulation of non-Newtonian flows past a rotating circular cylinder. J Non-Newtonian Fluid Mech 177-178: 1-14.

[16] Patnana VK, Bharti RP , Chhabra RP (2010) Two-dimensional unsteady forced convection heat transfer in power-law fluids from a cylinder. Int. J. Heat Mass Transfer 53: 4152–4167.

[17] Bharti RP, Sivakumar P, Chhabra RP (2008) Forced convection heat transfer from an elliptical cylinder to power-law fluids. Int J Heat Mass Transfern51: 1838-1853.

[18] Bharti RP, Chhabra RP, Eswaran V (2007) Steady forced convection heat transfer from a heated circular cylinder to power-law fluids. Int J Heat Mass Transfer 50: 977-990.

[19] Soares AA, Ferreira JM, Chhabra RP (2005) Flow and forced convection heattransfer in cross flow of non-Newtonian fluids over a circular cylinder. Ind Eng Chem Res 44: 5815-5827.

[20] Nazari M, Ramzani S (2011) Natural Convection in a Square Cavity with a Heated Obstacle Using Lattice Boltzmann Method. Modares Mechanical Engineering. 13(2): 119-133.

[21] Mohammadipoor O R, Niazmand H, Mirbozorgi S A (2013) A new curved boundary treatment for the lattice Boltzmann method. Modares Mechanical Engineering 13(8): 28-41.

 [22] Nazari M, Kayhani MH, Anaraki Haji Bagheri A (2013) Comparison of heat transfer in a cavity between vertical and horizontal porous layers using LBM. Modares Mechanical Engineering 13 (8): 93-107.

[23] Bijarchi A, Raahimian MH (2013) Numerical simullation of droplet collision in the two phase flow using Lattice Boltzman method. Modares Mechanical Engineering 14(2): 85-96.

[24] Taghilou M, Raahimian MH (2013) Simulation of 2D droplet penetration in porous media using Lattice Boltzmann method. Modares Mechanical Engineering 13(13): 43-56, 2013.

[25] Nemati H, Farhadi M, Sedighi K, Pirouz MM, Fattahi E (2010) Numerical simulation of fluid flow around two rotating side by side circular cylinders by LatticeBoltzmann method. Int J Comput Fluid Dyn 24(3): 83-94.

[26] Fallah K, Fardad A, Fattahi E, Sedaghati zadeh N, Ghaderi A (2012) Numerical simulation of planar shear flow passing a rotating cylinder at low Reynolds numbers. Acta Mech 223: 221-236.

[27] Artoli AM, Sequeira A (2006) Mesoscopic simulations of unsteady shear-thinning flows, in: Lecture Notes in Comput Sci, Berlin: Springer 3992: 78-85.

[28] Gabbanelli S, Drazer G, Koplik J )2005) Lattice Boltzmann method for non-Newtonian (Power-Law). fluid Phys Rev E 72: 046312.

[29] Aharonov E, Rothman D H (1993) Non-Newtonian flow (through porous-media): a lattice Boltzmann method. Geophys Res Lett 20: 679.

[30] Boek E S, Chin J, Coveney P V (2003) Lattice Boltzmann simulation of the flow of non-Newtonian fluids in porous media. Int J Mod Phys B 17: 99-102.

[31] Zhenhua C, Baochang S, Zhaoli G, Fumei R (2011) Multiple-relaxation-time lattice Boltzmann model for generalized Newtonianfluid flows, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 166: 332-342.

[32] Ashrafizaadeh M, Bakhshaei H (2009) A comparison of non-Newtonian models for lattice Boltzmann blood flow simulations. Comput Math Appl 58: 1045-1054.

[33] Hedayat M M, Borghei M H, Fakhari A, Sadeghy K (2010) On the use of Lattice-Boltzmann model for simulating lid-driven cavity flows of strain-hardening fluids. Nihon Reoroji Gakkaishi (J Soc Rheol Jpn) 38: 201-207.

[34] Filippova O, Hänel D (1998) Grid refinement for lattice-BGK models. J Comput Phys 147: 219-228.

[35] Mei R, Luo L Sh. (2000) An accurate curved boundary treatment in the lattice Boltzmann method. J Comput Phys 155: 307-330.

[36] Mei R, Yu D (2002) Force evaluation in the lattice Boltzmann method involving curved geometry. Phys Rev E 65: 1/041203–14/041203.

[37] Mei R, Shyy W (2002) Lattice Boltzmann method for 3-D flows with curved boundary. J Comput Phy 161: 680-699.

[38] Yan Y Y, Zu Y Q (2008) Numerical simulation of heat transfer and fluid flow past a rotating isothermal cylinder-A LBM approach. Int J Heat  Mass Trans 51:2519-2536.