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

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.