جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "natural convection" در نشریات گروه "مکانیک"
تکرار جستجوی کلیدواژه «natural convection» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
This study aims to explore the natural convection, magnetohydrodynamics and ternary nanofluids containing Fe3O4, Cu and TiO2 in water-ethylene glycol within a hexagonal cavity containing a square obstacle. The Finite element method is utilized through the COMSOL Multiphysics 6.1 software. By utilizing visual representations, the influence of key variables on flow patterns, temperature distribution, and local Nusselt number is effectively illustrated. Simulations were carried out with Rayleigh number ranging from 103 to 105, heat source and absorption coefficients ranging from -5 to 15, and Hartmann numbers of 0, 70 and 90. The Prandtl number for ethylene glycol is 29.86. The findings of this research confirm that the proper incorporation of nanoparticles significantly enhances the heat transfer properties of base fluids.Keywords: Natural Convection, Hexagonal Cavity, Ternary Hybrid Nanofluid, MHD, Heat Generation, Absorption, COMSOL Multiphysics
-
Cylindrical objects in heat transfer applications have always taken the spotlight due to their compact nature and better surface area-to-volume ratio over their cuboid counterparts. Despite this advantage, fins have been used to enhance the heat transfer properties of such geometries. This study involves one such geometry where the top of the cylinder is open to the surrounding atmosphere and the cylinder is fitted with annular fins of different sizes and spacing. The k-ε model is used to simulate the turbulent cases along with a density-based solver. The cylinder is modeled to be a heat source with a constant temperature of 350 K and the surrounding atmosphere being air at 300 K. Nusselt number and effectiveness of the fins were calculated and analyzed. The heat flow rate experienced a maximum increase of 50% when the number of fins is raised from S/d 0.9 to S/d 0.3. The maximum effectiveness occurs at Ra = 1011, with a value of 4.44 observed for S/d of 0.3 and d/D of 0.25. The maximum values for effectiveness are observed at lower d/D and S/d values.Keywords: Natural Convection, Heat Transfer, Open Cavity, Extended Surfaces
-
ارزیابی مقدار تولید آنتروپی طی انتقال حرارت جابجایی طبیعی درون محفظه ای دوبعدی حاوی نانوسیال غیرنیوتنی، هدف از انجام این پژوهش با استفاده از روش شبکه بولتزمن است. محفظه در معرض جذب/تولید حرارت یکنواخت و میدان مغناطیسی یکنواخت و غیریکنواخت در زوایای مختلف قرار دارد. ویژگی کار حاضر، بررسی اثر تشعشع حجمی و شکل دیواره سرد محفظه در سه شکل صاف، منحنی و مورب بر مشخصات جریان است. کاربرد در طراحی خنک کننده های الکترونیکی و کلکتورهای خورشیدی ازجمله موارد عملی این تحقیق است. تطابق قابل قبول نتایج حاصل شده با مطالعات مرتبط قبلی، صحت نتایج ارائه شده را تایید کرد. بر اساس نتایج، وجود پارامتر تشعشع منجر به بهبود انتقال حرارت می شود که این اثر به ازای افزایش شاخص توانی سیال مشهودتر است. علاوه بر کاهش عدد ناسلت به ازای افزایش شاخص توانی سیال، اثربخشی وجود میدان مغناطیسی در کاهش مقدار آنتروپی و نرخ انتقال حرارت به ازای کاهش شاخص توانی سیال افزایش می یابد. دستیابی به قدرت جریان و عدد ناسلت بالاتر به ترتیب تا حدود 40٪ و 61٪، به ازای اعمال میدان مغناطیسی عمودی و غیریکنواخت امکان پذیر است. اگرچه به ازای تولید حرارت، پایین ترین مقدار شاخص عملکرد حرارتی و عدد ناسلت وجود خواهد داشت، اما بیشترین اثرگذاری میدان مغناطیسی در حالت تولید حرارت مشاهده می شود. با طراحی دیواره به شکل صاف علاوه بر افزایش شاخص عملکرد حرارتی، کاهش عدد بجان نیز مقدور است.کلید واژگان: جابجایی طبیعی, نانوسیال غیرنیوتنی, تشعشع حجمی, تولید آنتروپی, جذب, تولید حرارت یکنواخت, میدان مغناطیسی غیریکنواختThe target of this research is to investigate the amount of entropy production during natural convection inside a 2D chamber containing a non-Newtonian nanofluid using the lattice Boltzmann method. The chamber is exposed to uniform heat absorption/production and uniform and non-uniform magnetic field at different angles. The feature of the present work is to evaluate the effect of thermal radiation and the shape of the cavity cold wall in three shapes: smooth, curved and diagonal on the flow characteristics. Application in the design of electronic coolers and solar collectors is one of the practical cases of this numerical research. Acceptable agreement of the obtained results with previous related studies confirmed the validity of the presented results. Based on the results, the presence of radiation parameter leads to the improvement of heat transfer, which is more evident due to the increase of fluid power-law index. In addition to reducing the Nusselt value for enhancing the fluid power-law index, the effectiveness of the presence of the magnetic field in reducing the entropy and heat transfer rate enhances as the fluid power-law index decreases. It is feasible to attain the flow strength and the Nusselt value up to 40% and 61% more, respectively, by applying a vertical and non-uniform magnetic field. Although for heat production mode, there will be the lowest value of thermal performance index and the Nusselt value, the greatest influence of the magnetic field is observed in the heat production mode. By designing the wall in a smooth shape, in addition to increase the thermal performance coefficient, it is possible to decline the Bejan value.Keywords: Natural Convection, Non-Newtonian nanofluid, Volumetric radiation, Entropy Production, Uniform heat absorption, production, Non-uniform magnetic field
-
In this study, a meshfree framework based on the reproducing kernel collocation method is proposed for incremental-iterative analysis of double-diffusive natural convection in a porous enclosure, in which the forward difference method is adopted for temporal discretization, and the two-step version of Newton-Raphson method is used for iteration. As the double-diffusive convection problem is composed of multi phases and is influenced by both material and geometric parameters, the resulting system is highly nonlinear and complicated. From the numerical investigation, the partially heated boundary with different buoyancy ratios can yield monocellular flow problems with opposite phenomena depending on the contribution of thermal/solute buoyancy force. For the domains with burrowing inside, the key feature is the contour of stream function, which is separated into two vortexes by the hole in the simply connected domain while the two vortexes are not separated completely in the multiply connected domain due to the geometric compression of two holes. It is further shown that the framework is capable of solving various double-diffusive convection problems with satisfactory accuracy and efficiency by uniform discretization as well as few source points in the approximation.Keywords: reproducing kernel collocation, Double-diffusive, Natural convection, phase coupling, unsteady state
-
بررسی عددی انتقال گرمای ترکیبی رسانش ، همرفت طبیعی و تابش در یک بلوک جامد شامل حفره های پرشده با گاز
در این پژوهش بررسی انتقال گرمای ترکیبی همرفت طبیعی، رسانش و تابش در یک بلوک جامد شامل دو حفره پرشده با گاز هوا مطالعه می شود. دیواره ی سمت چپ بلوک دارای دمای Th، دیواره سمت راست بلوک دارای دمای Tc و دیواره های بالا و پایین عایق گرمایی هستند. بلوک شامل دو حفره است که سطوح داخلی آن از نظر تابشی، پخشنده خاکستری بوده و گاز داخل حفره از نظر تابشی غیرفعال است. این پژوهش توسط روش المان محدود و نرم افزار Comsol Multiphysics نسخه 1/6 انجام می شود. مطالعه عددی برای اعداد رایلی در محدوده ، ضریب صدور سطوح حفره در محدوده و مقادیر مختلف نسبت رسانایی گرمایی ، انجام می شود. نتایج نشان می دهد که با افزایش عدد رایلی، عدد ناسلت همرفت افزایش و ناسلت تابشی کاهش می یابد. افزایش ضریب صدور تاثیر منفی روی شار گرمایی دارد به طوری که ناسلت همرفت کاهش و ناسلت تابشی افزایش می یابد. افزایش رسانایی گرمایی نیز باعث تقویت همرفت طبیعی می شود چرا که با افزایش رسانایی گرمایی، شار گرمایی سریع تر از بلوک جامد عبور می کند و به سیال درون حفره می رسد.
کلید واژگان: انتقال گرمای مزدوج, همرفت طبیعی, تابش سطحی, رسانش, محفظه, بلوک جامدIn this research, the combined heat transfer of natural convection, conduction, and radiation has been investigated in a solid block including two cavities filled with gas (air), where the left wall of the block has a temperature of Th, the right wall of the block has a temperature of Tc. The upper and bottom walls of the block are thermally insulated. The block contains two cavities, whose internal surfaces are diffuse gray in terms of radiation, and the gas inside the cavity is a nonparticipating medium. The research is carried out by the finite element method and Comsol Multiphysics software version 6.1. The results show that with the increase of the Rayleigh number, the convective Nusselt number increases while the radiative Nusselt number decreases. But due to the low contribution of surface radiation in the heat transfer rate, the total heat transfer rate increases with increasing Rayleigh number. Increasing emissivity reduces the convective Nusselt number and increases the radiative Nusselt number so that it decreases the total heat transfer rate. Increasing the thermal conductivity coefficient ratio also strengthens the natural convection while it deteriorates the radiation exchange.
Keywords: Conjugate Heat Transfer, Natural Convection, Radiation, Conduction, Enclosure, Cavity, Solid Block -
هدف از این تحقیق، مطالعه همرفت طبیعی همراه با تابش سطحی و حجمی نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم با در نظر گرفتن اثر سیال غیرنیوتنی درون محفظه مربعی شکل که یک پره رسانا بر روی دیوار گرم آن نصب شده است، می باشد. دیواره های داخلی از لحاظ تابشی، فعال می باشند. معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی برای نانوسیال غیرنیوتنی به کمک روش حجم کنترل و با استفاده از الگوریتم SIMPLE حل می شوند. جمله تابش حجمی در معادله انرژی، با استفاده از روش رزلند تقریب زده می شود. اثر موقعیت و اندازه پره، اثر پارامتر تابش حجمی بر روی میدان جریان و آهنگ انتقال گرما بررسی می شود. بر اساس نتایج، در اعداد رایلی پایین (Ra=103) افزایش طول پره، سبب بهبود عملکرد گرمایی تا حدود 80 درصد می شود ولی در اعداد رایلی بالا (Ra=105) عدد نوسلت متوسط حدود 16 درصد کاهش می یابد. با توجه به نتایج، عدد رایلی بحرانی وجود دارد که در آن افزایش طول پره تاثیری روی عدد نوسلت متوسط ندارد. همچنین افزایش پارامتر تابش حجمی در محدوده برای Ra=105 سبب افزایش 2 برابری عدد نوسلت متوسط می شود.
کلید واژگان: همرفت طبیعی, تابش حجمی, تابش سطحی, نانوسیال غیرنیوتنی, پره رسانا, محفظه مربعیThe present research aims to investigate the combination of natural convection and surface and volumetric radiation in wateraluminum oxide nanofluid with non-Newtonian effects in a square cavity with a conductive baffle on its hot wall. The internal walls are radiatively active. The mass, momentum, and energy conservation equations are solved using the control-volume method and the SIMPLE algorith in the Fortran software for the non-Newtonian nanofluid. The volumetric radiation term in the energy equation is approximated using the Rosseland method. The effect of the baffle position and size, the volumetric radiation parameter on the flow field and the heat transfer rate are investigated. In lower Rayleigh numbers (Ra=103 ), increasing baffle length improves thermal performance by about 80%, but in high Rayleigh numbers (Ra=105 ) the average Nusselt number decreases by about 16%. Accordingly, there is a critical Rayleigh number in which increasing the length of the baffle does not affect the average Nusslet number. A rise in the volumetric radiation parameter in the range 0 ≤ ≤ 2 increases the average Nusselt number by about two times at Ra=105
Keywords: Natural Convection, Surface Radiation, Volumetric Radiation, Non-Newtonian Nanofluid, Conductive Baffle, Squarecavity -
در تحقیق حاضر تاثیر استفاده از محرک پلاسما تخلیه دی الکتریک سطحی بر انتقال گرمای همرفت طبیعی در چهار کانال عمودی با دیواره صاف، دندانه دار مستطیلی، دندانه دار ذوزنقه ای و دندانه دار مثلثی به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. جهت بررسی تاثیر استفاده از محرک پلاسما و هندسه کانال، تغییرات عدد ناسلت موضعی، تغییرات نسبت عدد ناسلت میانگین و شاخص ارزیابی عملکرد بر میدان جریان و انتقال گرما مورد مطالعه قرار گرفته اند. نتایج حاکی از آن است که با افزایش ولتاژ، عدد ناسلت متوسط برای تمام کانال ها افزایش می یابد. به عنوان نمونه در عدد رایلی 105، با افزایش ولتاژ از 6 کیلوولت به 10 کیلوولت، نسبت عدد ناسلت متوسط به ترتیب 11/89، 47/96، 50/102 و 62/96 درصد برای کانال های عمودی صاف، دندانه مستطیلی، دندانه ذوزنقه ای و دندانه مثلثی افزایش می یابد. همچنین شاخص ارزیابی عملکرد در حضور محرک پلاسما برای تمام کانال های عمودی در تمامی شرایط مقداری بزرگ تر از 25/1 دارد که نشان دهنده موثر بودن اعمال محرک پلاسما بر راندمان گرمایی جریان همرفت طبیعی درون کانال های صاف و دندانه دار می باشد.
کلید واژگان: محرک پلاسمایی تخلیه دی الکتریک سطحی, همرفت طبیعی, تحلیل عددی, کانال عمودی, دیواره دندانه دارIn this study, the effect of DBD plasma actuator on natural convection heat transfer enhancement in four vertical channels with the smooth wall, rectangular corrugation, trapezoidal corrugation and triangular corrugation has been numerically studied. In order to investigate the effect of using a plasma actuator and channel geometry, local Nusselt number, variations of average Nusselt number ratio, and performance evaluation criterion on the flow field and heat transfer are studied. The results show that increasing voltage increases the average Nusselt number for all channels. For example, in Rayleigh number 105 , by increasing voltage from 6 kV to 10 kV, the average Nusselt number ratio is 89.11, 96.47, 102.50, and 96.62% for vertical channels with smooth, rectangular corrugation wall, trapezoidal corrugation wall, and triangular corrugation wall, respectively. Also, the performance evaluation criterion in the presence of the DBD plasma actuator for all vertical channels has a value higher than 1.25 in all conditions, which indicates the effectiveness of the DBD plasma on the thermal efficiency of the natural convection heat transfer in smooth and corrugated channels
Keywords: DBD Plasma Actuator, Natural Convection, Numerical Investigation, Vertical Channel, Corrugated Wall -
This paper investigates the melting behavior of phase-change material (PCM) in an evacuated tube solar collector. The outer tube was made of borosilicate glass with a diameter of 60 mm, and the inner tube was made of copper with a diameter of 10 mm and length of 1500 mm. The heat transfer problem in heat pipe was investigated in four cases: finless, full fin, half fin, and third fin. The fins were cut from a 35 mm diameter copper tube and installed concentrically with the outer tube. The inner space between the absorber tube and the heat pipe was filled with stearic acid as the PCM. The numerical simulation was conducted using the Ansys Fluent 2022 for the laminar incompressible Newtonian fluid flow in the transient state via the enthalpy-porosity model. The initial temperature of PCM was 27°C, and liquid fraction was zero at the beginning of the simulation. After validating the numerical results with experimental ones, the collector performance was evaluated by considering the four temperatures of 68, 72, 76, and 80°C for the fin and heat pipe at three different times t = 22, 55, and 110 s. The results showed that by increasing the fin area in three cases of third fin, half fin, and full fin, the melting and storage time of PCM were reduced by 6%, 44%, and 87%, respectively. Also, as the Estefan number increased from 0.007 to 0.05, 0.09, and 0.13, the process of PCM melting decreased by 75%, 85%, and 92%, respectively.Keywords: PCM, Fin, Thermal Conduction, Natural Convection, Enthalpy-Porosity
-
In the present study, the effect of the heating pipe profile on natural convection in a two-phase fluid inside a cavity has been investigated. This geometry has been simulated with the LB Method based on the D2Q9 model for analyzing stream lines, dimensionless velocity field of fluid flow, solid particles volume fraction, temperature arrangement, and Nusselt number. These parameters have been studied in three different cases of the cavity. The results are signified by changing the geometry from a horizontal ellipse to a circular one and a vertical ellipse;the maximum particle volume fraction is decreased. Also, by changing the geometry from a horizontal ellipse to a circular and vertical ellipse, larger velocity vectors have been formed around the geometry. The Nusselt number variations of circular and vertical ellipse geometries are from 90⁰ to 270⁰. The Nusselt number variation of horizontal ellipse geometry is negligible from 90⁰ to 270⁰. Also, the Nusselt number of the circular geometry is larger than the other geometries from 270⁰ to 90⁰. The highest average Nusselt number belongs to circular, vertical and horizontal ellipse geometries, respectively.Keywords: Lattice Boltzmann model, Fuel heating, Particle Volume Fraction, two–phase fluid, Natural Convection
-
A numerical study is performed to investigate the local thermal non-equilibrium effects on the natural convection in a two-dimensional enclosure with horizontal wavy walls, layered by a porous medium, saturated by Cu-Al2O3/water hybrid nanofluid. It is examined the influence of the nanoparticle volume fraction, varied from 0 to 0.04, the Darcy number (10-5 ≤ Da ≤ 10-2), the modified conductivity ratio (0.1 ≤ ϒ ≤ 1000), the porous layer height (0 ≤ Hp ≤ 1), and the wavy wall wavenumber (1 ≤ N ≤ 5) on natural convection in the enclosure. Predictions of the steady incompressible flow and temperature fields are obtained by the Galerkin finite element method, using the Darcy-Brinkman model in the porous layer. These are validated against previous numerical and experimental studies. By resolving separately the temperature fields of the working fluid and of the porous matrix, the local thermal non-equilibrium model exposed hot and cold spot formation and mitigation mechanisms on the heated and cooled walls. By determining the convection cell strength, the Darcy number is the first rank controlling parameter on the heat transfer performance, followed by N, Hp and γ. The heat transfer rate through the hybrid nanofluid and solid phases is highest when N = 4 at a fixed value of nanoparticle volume fraction.Keywords: Hybrid nanofluid, Thermal non-equilibrium model, Natural convection, Corrugated cavity, Porous layer.
-
در این مطالعه همرفت آزاد دو سیال نیوتنی و غیرنیوتنی مخلوط نشدنی با گرمایش موضعی از کف در حفره مربعی به روش عددی بررسی شده است. منبع گرمایی کف حفره، شار گرمایی یکنواخت تولید می کند و باقی دیوار کف حفره عایق است. دیوارهای عمودی و بالای حفره در دمای قرار دارند. تاثیر پارامترهای نسبت حجمی سیال نیوتنی به سیال غیرنیوتنی مدل قانون توانی (7/0 ≥ H ≥ 0)، پارامتر توانی (4/1 و 6/0 n =)، عدد رایلی (106 ≥ Ra1≥ 103) و پرانتل سیال غیرنیوتنی (1000 و 100 Pr2 =) بر میدان جریان و دما و آهنگ انتقال گرما، بررسی شده است. معادلات بی بعد حاکم برای سیال غیرنیوتنی و نیوتنی براساس خواص سیال نیوتنی با 100 Pr1 =، به روش اختلاف محدود بر مبنای حجم کنترل گسسته سازی شده است. برای حل هم زمان معادلات جبری شده از الگوریتم SIMPLE استفاده شده است. برای اطمینان از صحت کدنویسی، نتایج با نتایج مقاله ای دیگر در زمینه ی سیالات غیرنیوتنی مقایسه شده است. نتایج در قالب خطوط جریان و خطوط هم دما و مقادیر ناسلت متوسط ارایه شده است. کاهش ناسلت متوسط به معنای افزایش اختلاف دمای منبع گرمایی با دیوار های سرد است. نتایج نشان می دهد که افزایش پرانتل سیال غیرنیوتنی به دلیل کاهش رسانش گرمایی سیال غیرنیوتنی باعث افزایش دمای منبع گرمایی و کاهش ناسلت متوسط منبع می شود. همچنین با قدرت گرفتن همرفت طبیعی در حفره، با افزایش شاخص تابع نمایی مقدار ناسلت متوسط کاهش می یابد.
کلید واژگان: همرفت طبیعی, حفره مربعی, دو سیال مخلوط نشدنی, غیرنیوتنی, منبع شار گرمایی یکنواختIn this study, the natural convection in a square cavity filled by two immiscible Newtonian and non-Newtonian liquids heated partially from bottom wall was numerically investigated. The heat source placed on the bottom of a cavity produces a uniform heat flux of q˳". The remaining parts of the bottom wall of the cavity are insulated and the vertical and top walls are kept at cold temperature of TC. The study investigates the effects of relevant parameters such as the Non-Newtonian to Newtonian volume ratio (0≤H≤0.7), the power-law index (n=0.6 and 1.4), Rayleigh number (103 ≤Ra≤106 ) and the Non-Newtonian Prandtl (Pr2=100 and 1000) on flow and temperature fields and the rate of heat transfer. The governing dimensionless equations for the power-law and Newtonian fluids flow, based on properties of Newtonian fluid with Pr1=100, are solved with the numerical finite difference method based on the control volume formulation and SIMPLE algorithm. In order to evaluate the code, its results were compared to another paper in the field of non-Newtonian fluids. Increasing the average Nusselt number for heat source means that the source temperature difference with the cold walls decreases. The results show that increasing the non-Newtonian fluid Prandtl number due to decreasing the thermal conductivity of the non-Newtonian fluid increases the heat source temperature and decreases the average Nusselt number. Also with stronger natural convection in the square enclosure, the average Nusselt number for non-Newtonian fluid increase with decreased power law index.
Keywords: Natural Convection, square cavity, two immiscible liquids, non-Newtonian, uniform heat flux source -
در مقاله ی حاضر، انتقال گرمای همرفت ترکیبی نانوسیال آب-مس در محفظه ای مربعی شکل با دو دیواره متحرک که شامل دو سیلندر چرخان و عایق است، به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور مدلسازی میدان نانوسیال از مدل بونجیورنو استفاده شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش المان محدود حل شده اند. پارامترهای مورد بررسی در این مقاله شامل: تاثیر پیکربندی مختلف سیلندرها، جهت چرخش سیلندرها، سرعت زاویه ای سیلندرها () ، فاصله ی سیلندرها از دیواره های متحرک (xc) و عدد رینولدز (Re) می باشد. طبق نتایج ارایه شده، قرارگیری استوانه های چرخان به صورت افقی حالت بهینه ی پیکربندی می باشد. جهت چرخش سیلندرها تاثیر مهمی بر انتقال گرما از سطح گرم دارد و طبق نتایج جهت بهینه تابعی از فاصله ی سیلندرها از دیواره ها می باشد. از طرف دیگر، با افزایش عدد رینولدز آهنگ انتقال گرما نیز افزایش می یابد، بگونه ای که با افزایش این عدد از 50 به 200 نرخ انتقال حرارت در حدود 105% افزایش نشان می دهد.
کلید واژگان: جابجایی طبیعی, نانوسیال, سیلندر چرخان, روش بونجیورنو, عدد ناسلت, روش المان محدودIn the present paper, mixed convection of water-copper nanofluid in a double lid-driven square cavity consisting of two insulated rotating cylinders is studied numerically. To solve two phase modeling of the nanofluid, the Buongiorno model has been implemented. The governing equations have been solved utilizing the Finite Element Method. The parameters studied in this paper include the effect of different configurations of the cylinders, the rotation direction of the cylinders, the angular speed of the cylinders (Ω), the distance of the cylinders from the moving walls (xc), and the Reynolds number (Re). According to the presented results, the horizontal positioning of the rotating cylinders is the optimal configuration. The rotation direction of the cylinders has an important effect on the heat transfer rate from the hot surface and according to the results, the optimal direction depends on the distance of the cylinders from the walls. Furthermore, with the increase of Re, the heat transfer rate also enhances, so by increasing this number from 50 to 200, the heat transfer rate augments by about 105%.
Keywords: Natural convection, Nanofluid, Rotating cylinder, Buongiorno model, Nusselt number, Finite element method -
Using the lattice Boltzmann technique, the mixed convection of nanofluid inside an inclined trapezoidal cavity in the presence of a multidirectional magnetic field is investigated. The sides of the trapezoidal hollow are adiabatic, with the upper moveable wall being cold and the lower wall being sinusoidally heated. In simulations, the temperature and flow distribution functions are utilized to determine all parameters related to the temperature and flow fields. On the hot wall, the effects of various Rayleigh numbers (Ra = 103, 104, and 105), inclined cavity angles (θ= 0°-90°), volume fractions of nanoparticles (ϕ== 0-3 percent), magnetic field intensity (Ha = 0-100), and applied magnetic field angle (= 0°-90°) were studied. According to the research, raising the Rayleigh number enhances heat transfer. Moreover, when all other parameters are held equal, raising the nanoparticle volume fraction enhances the average Nusselt number. Increasing the Hartmann number reduces the flow velocity inside the cavity, hence reducing heat transmission. Changes in the cavity's slope and the angle of the applied magnetic field have an effect on the flow and heat transfer as well.Keywords: lattice boltzmann method, Natural convection, Trapezoidal cavity, Nanofluid
-
در این مقاله تاثیر چرخش حفره پر شده با مواد متخلخل که در معرض دو میدان مغناطیسی متغیر قرار گرفته است بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی مورد بررسی قرار میگیرد. دو نیم استوانه گرم در حال خنک شدن از طریق انتقال حرارت جابجایی طبیعی محیط متخلخل هستند. دو میدان مغناطیسی جریان نانوسیال و انتقال حرارت جابجایی طبیعی درون حفره متخلخل را تحت تاثیر قرار میدهد. معادلات مشخصه مرتبط با جریان سیال شامل معادله پیوستگی، مومنتوم و دو معادله انرژی مربوط به نانو سیال و ماتریس جامد محیط متخلخل جهت پیش بینی رفتار مسیله مورد نظر حل شده است. تاثیر زاویه چرخش حفره بر خطوط جریان و میدان دما بررسی شده است. نتایج نشان میدهد که افزایش زاویه چرخش تاثیرات نوسانی بر روی بزرگی خطوط جریان دارد. برای زاویه چرخش =20 و =100 جابجایی طبیعی هر دو فاز تشدید شده است. چرخش حفره بستگی به چگونگی قرارگیری نیروهای لرنز و کلوین ناشی از میدان مغناطیسی سبب تقویت و یا تضعیف انتقال حرارت جابجایی سیال نانو شده و در نتیجه باعث تغییر عدد ناسلت هر دو فاز محیط متخلخل میشوند.کلید واژگان: جابجایی طبیعی, نانوسیال هیبریدی, میدان مغناطیسی غیر یکنواخت, محیط متخلخلHere, the effect of rotating cavity filled by porous materials exposed to two variable magnetic fields on the heat transfer natural convection is investigated. The two hot semicylinder are cooled by the heat transfer through the porous medium. The two magnetic fields affect the nanofluid flow and the heat transfer of the natural convection inside the porous cavity. The characteristic equations related to the fluid flow including the continuum equation, momentum and two nano-fluid and the solid-state matrix energy equations of the porous medium have been solved to predict the problem behavior. The influence of the cavity rotation angle on the streamlines and temperature field is investigated. The results show that increasing the rotation angle has oscillatory effects on the magnitude of the streamlines. For the rotation angles = 20 and = 100 the heat transfer via both phases is intensified. The rotation of the cavity depends on how the magnetic field-induced Lorentz and Kelvin forces amplify or weaken the heat transfer, thereby altering the Nusselt number of both phases of porous medium.Keywords: Natural Convection, hybrid nanofluid, Non-uniform Magnetic Field, Porous media
-
In the present work, heat transfer and entropy generation due to the natural convection of Newtonian and non-Newtonian fluids in two types of shear thinning and shear thickening inside a right-triangular cavity under the effect of uniform and non-uniform magnetic field by multiple relaxation time lattice Boltzmann methods have been investigated. The aspect ratio of the cavity is variable and the magnetic field is applied from left to right and perpendicular to the gravity of the cavity. The present work is validated with previous references and results presented in the form of tables, diagrams and streamlines, isothermal lines, and entropy lines. The simulation is done by writing the computer code in the Fortran language. The effect of Rayleigh number, aspect ratio, power-law index of fluid, Hartmann number and angle, and type of magnetic field applied on fluid flow and heat transfer characteristics has been evaluated. The results show that in all cases, increasing the Hartmann number and fluid power-law index leads to a decrease in the strength of flow, heat transfer rate, and entropy generated and the percentage of this effect varies depending on the number of other variables. By applying a magnetic field non-uniformly, the flow strength and heat transfer rate can be increased to about 45% and 20%, respectively. At higher Hartmann numbers, the effect of changing the type of magnetic field applied is more pronounced. The angle of the magnetic field applied is a determinant parameter on the amount of heat transfer so that the average Nusselt number in the horizontal mode is on average 15% less than in the vertical mode. Increasing of power-law index dramatically reduces the magnetic field effect so that it is ineffective for the shear thickening fluid, the type of magnetic field applied. By increasing the Rayleigh number and the aspect ratio of the cavity, the flow strength and the rate of heat transfer increase and the effect of the magnetic field becomes more pronounced. This study can be useful in the optimal design of industrial and engineering equipment, including electronic coolers.Keywords: Natural convection, Power-law Fluids, Non-uniform magnetic field, Entropy generation, Variable Aspect Ratio, Triangular Cavity, MRT-LBM
-
Neonatal incubators provide an artificial thermal environment to maintain the thermoregulation of premature babies. Several studies revealed the dry and latent heat exchange estimation between the newborn's body and the surrounding environment. Heat transfer due to convection is leading over the thermal radiation in incubators. The aim of this article is to study the airflow modeling and heat transfer coefficient over an infant’s body inside the incubator. For this purpose, an experiment and a numerical simulation are carried out to develop the methodology, and subsequently computational fluid dynamics (CFD) analysis is accomplished to evaluate the heat transfer coefficient of a preterm infant. By means of the shear stress transport (SST K-ω) turbulence model, 3-D computational, models are numerically studied using the commercial CFD tool Star CCM+. Flow visualization reveals that a large-scale flow circulation pattern is produced in the mean region of the enclosed chamber, and small-scale eddies are generated at corners and close to the walls. The numerical results obtained for heat transfer assessment in the present study are validated with experimental and numerical results available in biomedical open literature.Keywords: Natural Convection, Infant, Warming device, Thermoregulation, Radiation
-
در مقاله ی حاضر انتقال حرارت داخل حفره ای حاوی مخلوط آب/ مواد تغییرفاز دهنده احاطه شده با نانوذرات مورد بررسی قرار گرفته است. دیواره های سمت چپ و راست به ترتیب گرم و سرد بوده و دیواره های افقی آدیاباتیک فرض شده است. یک استوانه ی چرخان دایروی در مرکز حفره قرار دارد که به صورت ساعتگرد و یا پادساعتگرد می تواند چرخش نماید. معادلات اساسی حاکم به فرم بی بعد از قبیل: پیوستگی، بقاء مومنتوم و بقاء انرژی با استفاده از روش المان محدود و به صورت کوپل با یکدیگر حل شده اند. جهت بررسی صحت نتایج عددی، مقایسه ای با خروجی های دیگران ارائه شده است که نشانگر تطابق بسیار خوب نتایج می باشد. پارامترهای مورد بررسی در این مطالعه عبارتند از: شعاع بی بعد استوانه(R)، عدد رایلی(Ra)، دمای ذوب بی بعد ماده تغییر فاز دهنده(θfu)، عدد استفان(St) و سرعت زاویه ای بی بعد استوانه چرخان(Ω). طبق نتایج بدست آمده با افزایش شعاع بی بعد استوانه از0/1=R تا 0/4= Rو با 300-= Ω نرخ انتقال حرارت 23/37 درصد افزایش می یابد. از طرف دیگر، در صورت عدم چرخش استوانه و با 4/0R=، نرخ انتقال حرارت نسبت به حفره ی فاقد استوانه، حدود 59/7 درصد کاهش می یابد. که نشان دهنده ی اهمیت چرخش استوانه داخل حفره در افزایش نرخ انتقال حرارت می باشد.کلید واژگان: مواد تغییر فاز دهنده احاطه شده با نانوذرات, استوانه چرخان, انتقال حرارت همرفت طبیعی, روش المان محدودIn the present paper, heat transfer in a cavity containing a mixture of water + phase change materials surrounded by nanoparticles is investigated. The left and right walls are fixed at hot and cold temperatures, respectively, and horizontal walls are assumed to be adiabatic. There is a circular rotating cylinder in the center of the hole that can rotate clockwise or counterclockwise. The problem is considered two dimensional and fundamental governing equations such as continuity, momentum, and energy are solved in a coupled manner utilizing the finite element method (FEM). To check the accuracy of the numerical results, a comparison with the outputs of others is provided, which indicates a very good agreement of the results. The parameters studied in this study are: dimensionless radius of the cylinder (R), Rayleigh number (Ra), dimensionless melting temperature of the phase change material (θfu), Stephan number (St) and dimensionless angular velocity of the rotating cylinder (Ω). By increasing the dimensionless radius of the cylinder from R = 0.1 to R = 0.4 Ω = -300, the heat transfer rate enhances by 23.37%. On the other hand, with R = 0.4 and considering no-rotation case, the heat transfer rate will decrease by about 59.7% compared to the cavity without the cylinder. Which indicates the importance of rotation of the cylinder inside the cavity in the heat transfer rate enhancement.Keywords: Nano-Encapsulated Phase Change Materials, Rotating Cylinder, Natural Convection, Finite Element Method
-
در این تحقیق یک دستگاه آب شیرین کن جدید، به نام آب شیرین کن شیب دار (آبشاری) بهبودیافته، برای شیرین سازی آب های شور با استفاده از انرژی خورشیدی ارایه شده است. این آب شیرین کن از اضافه کردن یک چگالنده جداگانه ولی یکپارچه به یک آب شیرین کن شیب دار استاندارد به وجود آمده است. فضای چگالنده از طریق دو فاصله هوایی در پایین و بالای صفحه جاذب به قسمت تبخیر آب شیرین کن مرتبط است. گردش هوا بین دو قسمت به صورت طبیعی (جریان آزاد) صورت می گیرد. به منظور مقایسه و ارزیابی عملکرد آب شیرین کن جدید، یک آب شیرین کن استاندارد نیز با همان مشخصات و ابعاد ساخته شد. آب شیرین کن های ساخته شده در چند روز از فصل بهار (روزهای 11 و 12 خرداد) و چند روز از فصل پاییز (روزهای 10 و 11 مهرماه) مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج آزمایش نشان می دهد که آب شیرین کن بهبودیافته عملکرد بهتری نسبت به آب شیرین کن استاندارد داشته است به طوری که آب شیرین تولیدی توسط این آب شیرین کن بین 76 تا 127 درصد بیشتر از آب شیرین تولیدی توسط آب شیرین کن استاندارد می باشد. بیشینه میزان آب شیرین تولیدی این دستگاه در هرروز برحسب مترمربع مساحت اشغال شده توسط آب شیرین کن برابر 57/4 لیتر می باشد.
کلید واژگان: انرژی خورشیدی, آب شیرین کن بهبودیافته, چگالنده خارجی, گردش طبیعی, شیب دار, حوضچه ایIn this study, a new desalination system, called an improved stepped solar still, is proposed to desalinate saline water using solar energy. This desalination system is created by adding a separate but integrated condenser to a standard stepped solar still. The condenser space is connected to the desalination section by two air gaps at the bottom and top of the absorber plate. Air circulation between the two parts occurs naturally (free flow). To compare and evaluate the performance of the new desalination systems, a standard stepped solar still was built with the same specifications and dimensions. The two solar stills are tested and compared in a few days of spring (June 11 and 12) and in a few days of autumn (October 10 and 11). The experimental results show that the improved stepped solar still has a better performance than the standard ones so that the freshwater produced by improved solar still is between 76 to 127% more than the freshwater produced by the standard ones. The maximum daily amount of freshwater produced by the improved solar still per square meter of occupied area of solar still area equals 4.57 liters.
Keywords: Solar Energy, improved stepped solar still, External Condenser, Natural Convection, Stepped, Still -
The use of a porous medium with a high conductivity improves the rate of heat transfer in latent energy storage systems. This paper investigates the melting of the phase change material inside a porous medium under the local thermal non-equilibrium condition with the lattice Boltzmann method. Results examine the effect of Rayleigh number, porosity ratio, pore size, and Sparrow number on the liquid fraction and position of the melting front. Results show that by increasing the pore diameter, the interface of the two phases tends to bend but the liquid fraction decreases. Also, it is found that the difference between the liquid fraction in the presence and absence of natural convection for Ra<106, is less than 5%. Nonetheless, by increasing the Rayleigh number to 108, this difference at Fo=0.003 is more than 14% and at Fo=0.006 will reach more than 31%. Furthermore, in Ra=108 and for small Sparrow numbers, this difference is small and intensifies with increasing the Sparrow number. Also, by reducing the Darcy number, natural convection is weakened and it can be ignored for Da<10-4. It is shown that in small Darcy numbers Da=10-4, the deviation from the pure conduction is always increased by Sparrow number, and for larger Darcy numbers Da=10-2, this deviation has a maximum value of 53% at Fo=0.003 and 84% at Fo=0.006.
Keywords: Porous Medium, Local Thermal Non-Equilibrium Condition, Melting Process, Natural Convection, Lattice Boltzmann Method -
با توجه به اهمیت روزافزون استفاده از انرژی های پاک و تجدیدپذیر، یکی از ساده ترین مکانیزم های تبدیل انرژی تابشی خورشید به انرژی حرارتی، در مقیاس غیرنیروگاهی، استفاده از هوا گرم کن های خورشیدی است که همواره به عنوان ایده ای جذاب برای پژوهشگران مطرح بوده است. از این رو، پژوهش حاضر، به مطالعه تاثیر فاصله هوایی بر عملکرد هواگرم کن های صفحه ای خورشیدی با دو پوشش شیشه ای، از طریق شبیه سازی های عددی، می پردازد. مطالعه ای که مشابه آن در مراجع تحقیقاتی مختلف تاکنون گزارش نشده است. بدین منظور، معادلات حاکم بر جریان جابجایی اجباری هوای عبوری از داخل کانال هواگرم کن و همچنین جریان جابجایی طبیعی در فاصله هوایی بین دو پوشش شیشه ای به دلیل وجود نیروی شناوری، با بکارگیری روش المان محدود و استفاده از نرم افزار کامسول، حل عددی شده اند. به علاوه، به منظور تعیین میدان دما در اجزای جامد هواگرم کن، شامل شیشه، صفحه جاذب و لایه عایق، حل معادلات هدایت حرارتی هم زمان با معادلات جریان صورت گرفته است. صحت شبیه سازی های عددی انجام شده در این پژوهش، از طریق مقایسه با یافته های عددی و تجربی پژوهش های پیشین مورد ارزیابی قرار گرفته، که سازگاری قابل قبولی در این خصوص به دست آمده است. نتایج حاصل بیانگر تاثیر مثبت حضور لایه هوای بین دو شیشه بر عملکرد هواگرم کن های صفحه ای خورشیدی بوده، به طوری که با تغییر دبی جریان هوا از 2 تا 14 گرم بر ثانیه عملکرد این نوع از هواگرم کن ها در شار تابشی 1000 وات بر مترمربع در مقایسه با مدل ساده و بدون فاصله هوایی افزایش راندمانی در حدود 4 تا 6 درصد را نشان داده است. همچنین، در شرایط دبی جریان ورودی 9.6 گرم بر ثانیه و شار تابشی متغیر بین 400 تا 1200 وات بر مترمربع، استفاده از دو پوشش شیشه ای، در مقایسه با مدل ساده، موجب افزایش دمای هوای خروجی در حدود 2 تا 6 درجه سانتی گراد شده است.
کلید واژگان: تابش خورشیدی, هوا گرم کن صفحه ای, جابجایی طبیعی, جابجایی اجباری, عملکرد حرارتیDue to the increasing importance of using clean and renewable energies, one of the simplest mechanisms for converting solar radiant energy into thermal energy, on non-industrial applications, is the use of solar air heaters, which has always been an attractive idea for researchers. Therefore, the present study investigates the effect of air gap on the performance of plane solar air heaters with two glass covers by means of numerical simulations. A similar study has not been yet reported in various research resources. For this purpose, the equations governing the forced convection flow of air passing through the heater duct and also the natural convection flow caused by the buoyancy force in the air gap between two glass covers are numerically solved by applying the finite element method and using COMSOL Multiphysics software. In addition, in order to determine the temperature field in the solid elements of the air heater (including glass cover, absorber plate and insulation layer), conduction heat transfer equations are simultaneously solved with the flow equations. The accuracy of the numerical simulations performed in this research has been evaluated by comparing those with the theoretical and experimental findings of previous researches, and an acceptable consistency and agreement has been obtained in this regard. The results demonstrate the desired effect of the presence of air gap between the two covers on the performance of plane solar air heaters, such that changing the air flow rate from 2 to 14 g/s, the performance of this type of air heaters at a radiant heat flux of 1000 W/m2 compared to the simple model (without air gap) has shown an increase in efficiency about 4 to 6 percent. Also, in the conditions of inlet flow rate of 9.6 g/s and radiant heat flux varying between 400 to 1200 W/m2, the use of two glass covers has increased the outlet air temperature about 2 to 6 °C, compared to the simple model.
Keywords: Solar radiation, Plane Air Heater, Natural convection, Forced convection, Thermal performance
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.