بررسی عددی رسانش حرارتی یک ناحیه جامد مثلثی بر جریان و انتقال حرارت جابجایی آزاد همبسته در یک محفظه دو بعدی حاوی نانوسیال

محمودی, میثم; موسویان, سید داود

doi:10.22034/joae.2023.355188.1122

بررسی عددی رسانش حرارتی یک ناحیه جامد مثلثی بر جریان و انتقال حرارت جابجایی آزاد همبسته در یک محفظه دو بعدی حاوی نانوسیال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

میثم محمودی ¹

سید داود موسویان ²

¹ دانشگاه ولایت ایرانشهر

² دانشکده هوافضا

10.22034/joae.2023.355188.1122

چکیده

در این مقاله انتقال حرارت جابجایی آزاد همبسته در یک محفظه مستطیلی حاوی نانو سیال و با وجود یک ناحیه جامد مثلثی به صورت عددی بررسی شده است. معادلات حاکم که برحسب متغییرهای ابتدایی نوشته شده اند با استفاده از روش حجم محدود به صورت عددی حل شده اند، در حالی که میدان های سرعت و فشار با استفاده از الگوریتم سیمپلرکوپل شده اند. خصوصیات همبسته مانند ضخامت ناحیه جامد مثلثی (ابعاد ناحیه جامد مثلثی) و نسبت ضریب هدایت حرارتی ناحیه جامد مثلثی به نانوسیال بر جریان و انتقال حرارت جابجایی آزاد محفظه بررسی شدند. بررسی ها برای عدد رایلی Ra  105، کسر حجمی ثابت ϕ=0.02 برای نسبت ضریب هدایت حرارتی هایKr =0.1 ، Kr =1 و Kr =10 و همچنین برای ابعاد مختلف ناحیه جامد مثلثی انجام شده است. نتایج حاصل نشان داد با افزایش نسبت ابعاد و ضخامت ناحیه جامد مثلثی و همچنین نسبت ضریب هدایت حرارتی در یک عدد رایلی ثابت مقادیر دما و سرعت نانوسیال افزایش پیدا می کنند. همچنین با افزایش نسبت ابعاد ناحیه جامد مثلثی و نسبت ضریب هدایت مقادیر اعداد ناسلت متوسط در امتداد دیواره ها افزایش یافته و انتقال حرارت بیشتری از سطح مشترک جامد و سیال عبور می کند.

کلیدواژه‌ها

جابه جایی طبیعی همبسته

حل عددی

محفظه دوبعدی

هدایت دیواره

جامد مثلثی شکل

20.1001.1.17359449.1402.25.2.1.0

موضوعات

تداخل سازه و سیال

kord, M. Ghalambaz, “Effect of heater location and size on heat transfer of natural displacement of nanofluid inside a triangular closed chamber saturated with porous medium in the state of no thermal resistance”, J. Mech. Eng. Heat Transf. Vol. 3, pp. 21-30, 2016. inPersian.
K. Singh, “Thermal Conductivity of Nanofluids”, Defence Sci. J., Vol. 58, pp. 600-607, Sep. 2008.
Tahmasabi, A. R. Noghrehabadi, A. Azimi, “Analysis of the effect of the thermal conduction of the chamber walls on the correlated natural convection heat transfer in a square chamber filled with a porous material in a state of thermal imbalance.” J. Mech. Eng. Heat Transf. Vol. 3, pp. 7-15, 2016. inPersian.
M., Kim, R, Viskanta, “Study of the effects of wall conductance on natural convection in differently oriented square cavities”, J. Fluid Mech., Vol. 144, pp. 153–176, Jul. 1984.
M., Kim, R, Viskanta, “Effect of wall heat conduction on natural convection heat transfer in a square enclosure”. J. Heat Transf., Vol. 107, pp. 139–146, Feb. 1985.
A. Kaminski, C. Prakash, “Conjugate natural convection in a square enclosure: effect of conduction in one of the vertical walls”, Int. J. Thermal Sci., Vol. 29, pp. 1979–1988, Dec. 1986.
Misra, A. Sarkar, “Finite element analysis of conjugate natural convectionin a square enclosure with a conducting vertical wall”, Comp. Methodsin Applied Mech. and Eng., Vol. 141, pp. 205–219, Feb. 1997.
Acharya, C.H. Tsang, “Influence of wall conduction on natural convectionin an inclined square enclosure”, J. Heat Mass Transf., Vol. 21, pp. 19–30, 1987.
B. Yedder, E. Bilgen, “Laminar natural convection in inclined enclosures bounded by a solid wall”, J. Heat Mass Transf., Vol. 32, pp. 455–462, Aug. 1997.
Abdennacer, B. Smail, A. Said, “Effect of Wall Conductivity on Conjugate Natural Convection in a Square Enclosure with Finite Vertical Wall Thickness.” Adv. Theor. Appl. Mech., Vol. 5, no. 4, 179 – 90 . Feb. 2012.
Al-Amiri, Kh. Khanafer, I. Pop, “Steady-state conjugate natural convection in a fluid-saturated porous cavity”, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 51, pp. 4260–4275, Aug. 2008.
H. Saeid, “Conjugate natural convection in a porous enclosure effect of conduction in one of the vertical walls.” Int. J. Thermal Sci. Vol. 46, pp. 531-539. June 2007.
V. Kuznetsov, M. Sheremet, “Conjugate natural convection with radiation in an enclosure”, Int. J. Heat Mass Transf., Vol. 52, pp. 2215-2223, Apr. 2009.
L. Frederick, “Natural convection in an inclined square enclosure with a partition attached to its cold wall”, Int. J. Heat Mass Transf., Vol. 32, pp. 87–94, Jan. 1998.
M. House, C. Beckermann, T.F. Smith, “Effect of a centered conducting body on natural convection heat transfer in an enclosure”, Numerical Heat Transf., Part A: Applications, Vol. 18, Issue 2, pp. 213–225, Sep. 1990.
R. Lee, M.Y. Ha, “A numerical study of natural convection in a horizontal enclosure with a conducting body”, Int. J. Heat Mass Transf., Vol. 48, Issue 16, pp. 3308–3318, Jul. 2005.
Bhave, A. Narasimhan, D. A. S. Rees, “Natural convection heat transfer enhancement using adiabatic block: optimal block size and Prandtl number effect”, Int. J. Heat Mass Transf., Vol. 49, Issues 21–22, pp. 3807–3818, Oct. 2006.
E. L. Abdallaoui, M. Hasnaoui, A. Amahmid, “Lattice-Boltzmann modeling of natural convection between a square outer cylinder and an inner isosceles triangular heating body”, Numerical Heat Transf., Part A: Applications, Vol. 66, pp. 1076–1096, Nov. 2014.
Boulahia Z., Wakif A., Sehaqui R, “ Natural Convection Heat Transfer of the nanofluids in a Square Enclosure with an Inside Cold Obstacle“, J. Heat Transf., Vol. 21, pp 367-375. Apr. 2016.
Dzodzo D.M.C., Dzodzo M.B., Pavlovic M.D., “Laminar natural convection in a fully partitioned enclosure containing fluid with nonlinear thermophysical properties“ Heat Mass Transf. Vol. 20, pp. 614 -623. Dec. 1999
Selimefendigil, O. Hakan, “Conjugate natural convection in a cavity with a conductive partition and filled with different nanofluids on different sides of the partition“ , J. Molecular Liquids, Vol. 216, pp 67-77. Apr. 2016
S. Dogonchi,. “Heat transfer by natural convection of Fe3O4-water nanofluid in an annulus between a wavy circular cylinder and a rhombus“, Int. J. Heat Mass Transf. Vol. 232, pp. 130 320,. Mar. 2019
A. Rizwan-ul-Haq, Soomro, Z. Hammouch, “Heat transfer analysis of CuO- water enclosed in a partially heated rhombus with heated square obstacle”, Int. J. Heat Mass Transf. Vol. 118 pp. 773–784, 11.04, Mar. 2018.
Z. Liu, L. Wang, W.C. Zhang, F. Y. Zhao, J. H. Guo, “Conjugate fluid, heat and species transports inside an enclosure containing miscellaneous solid arrays: General models of electronic cooling and pollutant removals”. Int. J. thermal sci. Vol. 166, pp.640-662. Aug. 2021
Hasnaoui, A. Mansouri, A. Amahmid, M. Alouah, “Numerical analysis of conjugate convection-conduction heat transfer in an air-filled cavity with a rhombus conducting block subjected to subdivision: Cooperating and opposing roles” Int. J. Heat and Mass Transf. Vol. 150, pp.254-270 Apr. 2020
Izadi, R. Mohebbi, D. Karimi, M.A. Sheremet,. “Numerical simulation of natural convection heat transfer inside a ┴ shaped cavity filled by a MWCNT-Fe3O4 /water hybrid nanofluids using LBM”, Chem. Eng. & Processing Process Intensification, Vol. 125, p.p. 56–66, Mar. 2018.
M. Rahmana, M.M. Billah Rahman A.T.M.M., Kalam M.A., Ahsan A. ,"Numerical investigation of heat transfer enhancement of nanofluids in an inclined lid-driven triangular enclosure" Int. Communications Heat Mass Transf. vol. 38, pp 1360–1367. Dec. 2011.
-T. Hu, X.-H Ren, D. Liu, F.-Y. Zhao, H.-Q. Wang, “Conjugate natural convection inside a vertical enclosure with solid obstacles of unique volume and multiple morphologies“ Int. J. Heat Mass Transf. 95 pp. 1096–1114, Apr. 2016