بررسی عددی جریان نوسانی نانوسیال در کانال مستطیلی شکل در حالت غیردائم

نویسندگان

1 دانشگاه اصفهان، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مکانیک

2 دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهرکرد

چکیده

در این مقاله جریان آرام نوسانی نانوسیال عبوری از یک کانال مستطیلی با دیواره دمای ثابت را در حالت غیردائم به صورت عددی مورد مطالعه قرار داده ایم. برای این منظور دستگاه معادلات دیفرانسیل حاکم بر مدل دوبعدی جریان نانوسیال و انتقال حرارت در کانال به صورت جبری گسسته سازی شده و با استفاده از الگوریتم سیمپل حل شده است. تاثیر پارامترهای مختلفی از جمله فرکانس نوسانات، عدد رینولدز، دامنه نوسانات و همچنین اثر کسر حجمی نانوذرات را بر روی سرعت افقی، افت فشار ، ناسلت متوسط و عدد ناسلت کلی در کانال بررسی گردید. نتایج نشان می‌دهد که افزایش دامنه نوسان تاثیری بر روی دوره تناوب نوسانات و مدت زمان برخورد نانوسیال با دیواره نمی گذارد و موجب افزایش عدد ناسلت می شود. همچنین با افزایش فرکانس نوسانات، تعداد نوسانات افزایش یافته، دوره تناوب نوسانات کاهش یافته و مدت زمان برخورد نانوسیال با دیواره کاهش یافته است، ولی تاثیر محسوسی بر افزایش عدد ناسلت نمی گذارد. علاوه بر آن، با افزایش عدد رینولدز و کسر حجمی نانوذرات، میزان انتقال حرارت از نانوسیال نیز افزایش می‌یابد. همچنین با بررسی اثر جریان نوسانی بر روی نانوذرات مختلف، مشخص شد که ناسلت نسبی ماکزیمم برای سیال حاوی نانوذرات نقره از دیگر سیالها بیشتر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Modeling of Unsteady Pulsating nanofluid flow in a rectangular channel

نویسندگان [English]

  • Masoud Ziaei-Rad 1
  • Payman Elyasi 2
چکیده [English]

In this study, two-dimensional pulsating unsteady flow of nanofluid through a rectangular channel with isothermal walls is investigated numerically. The finite volume approach with a staggered grid arrangement is employed to discretize the governing momentum and energy equations. The set of resultant algebraic equations is solved simultaneously using SIMPLE algorithm to obtain the velocity and pressure distribution within the channel. The results are obtained for different pulse parameters, which are Strouhal number (frequency of pulsation), Amplitude of pulsation, Reynolds number and volume fraction of nanoparticles. The results show that increasing the amplitude of pulsation has no effect on cycle period of pulsation, while it can raise the Nusselt number. The analysis also reveals that increasing the Strouhal number reduces the cycle period of pulsation significantly, while its effect on the rate of heat transfer is not more appreciable. Furthermore, it is found that the heat transfer increases, as the volume fraction of nanoparticles and Reynolds number increase. It can also be seen that the maximum value of relative Nusselt number for silver nanoparticles is more than other studied nanoparticles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pulsating flow
  • Nanofluid
  • rectangular channel
  • unsteady state
  • Numerical Solution
 

[1]Chang, W. G., Pu-zhen, Si-chao T., Chao X. (2012). “Theoretical analysis of phase-lag in low frequency laminar pulsating flow”.  Progress in Nuclear Energy, Vol. 58, pp. 45–51.

[2] Rahgoshay, M., Ranjbar, A.A, Ramiar, A. (2012). “Laminar pulsating flow of nanofluids in a circular tube with isothermal wall”. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 39, pp.463–469.

[3] Akdag, U. (2010). “Numerical investigation of pulsating flow around a discrete heater in a channel”. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37, pp. 881–889. 

[4] Elsayed, A.M. Elshafei, M. Safwat, M., Mansour, H., Sakr, M. (2008). “Experimental study of heat transfer in pulsating turbulent flow in a pipe”. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol.29, pp. 1029–1038.

[5] Mehta, B., Khandekar, S. (2010). “Effect of Periodic Pulsations on Heat transfer in simulataneously Developing  Laminar  Flows ”. International Communications in Heat Transfer, Washington, Dc, USA, August 8-13.   

 [6] Chattopadhyay, H., Durst, F., Ray, S. (2006). “Analysis of heat transfer in simultaneously developing pulsating”. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol.33, pp. 475–481.

 [7]  Ray, S. , Ünsal, B., Durst, F. (2012). “Development length of sinusoidally pulsating laminar pipe flows in moderate and high Reynolds number regimes”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 37, pp. 167–176.

[8]   Jafari, M., Farhadi, M., Fattahi, E. (2012). “Effect of wavy wall on convection heat transfer of water-al2o3 nanofluid in a lid-driven cavity using lattice boltzmann method”. International Journal of  Engineering, Vol.25, pp.165-176.

[9] Kato, S., Okuyama, K., Ichikawa, T., Mori, S. (2013). “A single, straight-tube pulsating heat pipe (examination of a mechanism for the enhancement of heat transport)”. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 64, pp. 254–262.

[10] Chang, W., Pu-zhen, G., Si-chao, T., Chao, X. (2012). “Theoretical analysis of phase-lag in low frequency laminar pulsating flow“. Progress in Nuclear Energy, Vol.58, pp.45-51.

[11] Yan, B.H., Gu, H.Y., Yua, L., (2012). “Heat transfer of pulsating turbulent pipe flow in rolling motion”, Progress in Nuclear Energy, Vol. 59, pp. 59-65.

[12] Jafari, M., Farhadi, M., Sedighi, K. (2013). ”Pulsating flow effects on convection heat transfer in a corrugated channel: A LBM approach “. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 45. pp. 146–154.

[13] Guo, Z., Sung, H. (1997). “Analysis of the Nusselt number in pulsating pipe flow”. International Journal in Heat Mass Transfer, Vol. 40, pp. 2486-2489.

 [14] Hemida, H.N., Sabry, M.N., Abbel-Rahim, A., Mansour, H. (2002). “ Theoretical Analysis of the Nusselt Number in Pulsating Pipe Flow”.  International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 40, pp. 2486-2489. 

[15] Valencia, A., (1997). “Effect of pulsating inlet on the turbulent flow”. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 24, pp. 1009-1018.

[16] Wang, X. Zhang,N. (2005) “Numerical analysis of heat transfer in pulsating turbulent flow in a pipe “. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.48,pp. 3957–3970.

[17] Karimipour, A., Afrand M., M. Bazofti M. (2010). “Periodic Mixed Convection of a Nanofluid in a Cavity with Top Lid Sinusoidal Motion“. International Journal of Mechanical and Materials Engineering.

[18] Maxwell, J.C. (1904). “A treatise on electricity and magnetism“, Oxford University P,Cambridge, pp. 435–441.

[19] Brinkman H.C. (1952). “The Viscosity of Concentrated Suspensions and Solution“. International Journal of Chem. Phys, Vol. 20, pp. 571–581.

[20] Mahdy, A. (2012). “Unsteady mixed convection boundary layer flow and heat transfer of nanofluids due to stretching sheet” Nuclear Engineering and Design, Vol.249, pp.248-255.

[21] Patankar, S.V. (1980). “Numerical Heat transfer and fluid flow“. Hemisphere Publishing Corporation, Wasshington D.C.

 

[18] Hemida, H.N., Sabry, M.N., Abbel-Rahim, A., Mansour, H. (2002). “ Theoretical Analysis of the Nusselt Number in Pulsating Pipe Flow”.  International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 40, pp. 2486-2489.