بررسی عددی تأثیر جدار الاستیک بر انتقال گرما در برهم کنش شاره-جامد حول استوانه محصور در کانال

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

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

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این پژوهش تأثیر برهم کنش شاره-جامد برای جریان همرفت اجباری حول استوانه دایروی محصور در کانال دوبعدی با جریان تراکم ناپذیر بررسی‌شده است. تمامی سطوح کانال عایق می‌باشد و استوانه در دمای ثابت با جریان عبوری سرد، تبادل گرما دارد. سطح پایینی این کانال صلب می‌باشد اما قسمتی از سطح بالایی الاستیک می‌باشد. با عبور جریان از اطراف استوانه گرم و نوسان جدار الاستیک، آهنگ انتقال گرما در هر لحظه تغییر می‌کند که این تغییرات تابع شرایط ارتعاش نوسانگر الاستیک می‌باشد. مکان سطح الاستیک، دامنه و فرکانس ارتعاشی از مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر جریان عبوری از کانال می‌باشند. ازاین‌جهت در این پژوهش ابتدا مکان سطح الاستیک بررسی‌شده و سپس دامنه و فرکانس نوسانگر در چندین حالت بررسی‌شده است. بررسی‌های صورت گرفته در پنج عدد رینولدز مختلف نشان می‌دهد که جایگزینی جدار الاستیک در بالادست استوانه تأثیر بسیار بیشتری در افزایش انتقال گرما، نسبت به جایگزینی در پایین‌دست استوانه دارد. همچنین نتایج بیانگر این است که با جایگزینی جدار الاستیک و افزایش دامنه و فرکانس ارتعاشی، عدد نوسلت متوسط به طور مرتب افزایش یافته و متوسط دمای سیال خروجی از کانال نیز با افزایش دامنه و فرکانس، افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


[1] W. Khan, J. Culham, M. Yovanovich (2004) Fluid flow and heat transfer from a cylinder between parallel planes, J. thermophy heat trans., 18(3) 395-403.
[2] M.J. HAIDER, S.N. Danish, W. Khan, S.U. Mehdi, B.A. Abbasi (2010) Heat Transfer and Fluid Flow Over Circular Cyclinders in Cross Flow, NUST J. Engng Sci, 3(1): 67-77.
[3] S. Tiwari, D. Chakraborty, G. Biswas, P. Panigrahi, (2005) Numerical prediction of flow and heat transfer in a channel in the presence of a built-in circular tube with and without an integral wake splitter, international J. heat mass tra, 48(2):439-453.
[4] A.K. Soti, R. Bhardwaj, J. Sheridan (2015) Flow-induced deformation of a flexible thin structure as manifestation of heat transfer enhancement, International J.Heat Mass Tra, 841070-1081.
[5] W.S. Fu, B.H. Tong (2002) Numerical investigation of heat transfer from a heated oscillating cylinder in a cross flow, Int. J. Heat Mass Tra, 45(14) 3033-3043.
[6] M. Cheraghi, M. Raisee, M. Moghaddami (2014) Effect of cylinder proximity to the wall on channel flow heat transfer enhancement, Comptes Rendus Mécanique, 342(2) 63-72.
[7] Ç. Şahin, K. Atalık (2019) Effects of polymer/surfactant additives on forced convective heat transfer in vortex shedding flow past a circular cylinder, International J. Therml Sci. 145:106031.
[8] A. Al-Amiri, K. Khanafer (2011)  Fluid–structure interaction analysis of mixed convection heat transfer in a lid-driven cavity with a flexible bottom wall, Int. J. of Heat Mass Tra, 54(17-18) 3826-3836.
 
[9] S. Ali, C. Habchi, S. Menanteau, T. Lemenand, J.L. Harion (2015) Heat transfer and mixing enhancement by free elastic flaps oscillation, Int J. Heat Mass Tra, 85250-264.
[10] F. Selimefendigil, H.F. Öztop (2015)  Mixed convection in a partially heated triangular cavity filled with nanofluid having a partially flexible wall and internal heat generation, J. Tai Inst Chem Engs, 70:168-178.
[11] F. Selimefendigil, H.F. Öztop (2018). Laminar convective nanofluid flow over a backward-facing step with an elastic bottom wall, J. Therm Sci and Engng Applications, 10(4)
 [12] M. Ghalambaz, E. Jamesahar, M.A. Ismael, A.J. Chamkha (2017) Fluid-structure interaction study of natural convection heat transfer over a flexible oscillating fin in a square cavity, Int J. Therm Sci, 111:256-273.
[13] W.A. Sabbar, M.A. Ismael, M. Almudhaffar (2018) Fluid-structure interaction of mixed convection in a cavity-channel assembly of flexible wall, Int J. Mech Sci, 149  73-83.
[14] S.M.H. Zadeh, S. Mehryan, E. Izadpanahi, M. Ghalambaz (2019) Impacts of the flexibility of a thin heater plate on the natural convection heat transfer, Int J. Therm Sci, 145:106001.
[15] V. Kumar, H. Garg, G. Sharma, R. Bhardwaj, (2020) Harnessing flow-induced vibration of a D-section cylinder for convective heat transfer augmentation in laminar channel flow, Physics of Fluids, 32(8) 083603.
[16] M.A. Ismael (2019) Forced convection in partially compliant channel with two alternated baffles, International J. Heat Mass Tra, 142:118455.
[17] F.M. White, I. Corfield (2006) Viscous fluid flow, McGraw-Hill New York.
[18] T.L. Bergman, F.P. Incropera, A.S. Lavine, D.P. Dewitt (2011)  Introduction to heat transfer, John Wiley & Sons.
[19] A. Bejan (2013)  Convection heat transfer, John wiley & sons.