بررسی اثرات نوسانی ناشی از جریان و بهبود انتقال حرارت حول استوانه ثابت فوق‌آبگریز

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1069-ISAV2024 (R1)
نویسندگان
1Department of Mechanical Engineering, Kharazmi University, 15719-14911, Tehran, Iran
2دانشیار دپارتمان مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران
چکیده
ریزش گردابه یک پدیده نوسانی بوده و زمانی اتفاق می‌افتد که سیال با سرعت‌های معینی حول جسم بلاف مانند استوانه عبور ‌کند. این پدیده می‌تواند منجر به ارتعاش ناشی از گردابه شده و خستگی سازه ‌گردد. در مطالعه حاضر، شبیه‌سازی عددی جریان و انتقال‌حرارت‌ جابجایی گذرا حول استوانه فوق‌آبگریز به منظور افزایش ضریب انتقال‌حرارت و کاهش ضریب برآ و پسا مورد بررسی قرار می‌گیرد. به منظور حل معادلات حاکم از روش حجم محدود مبتنی بر الگوریتم سیمپل استفاده شده است. جهت اعتبارسنجی حل عددی، ابتدا نتایج عدد نوسلت برای استوانه با شرط عدم لغزش با نتایج مطالعات پیشین مقایسه و صحت سنجی گردید. سپس با اعمال شرط مرزی ناویر برای استوانه آبگریز با استفاده از تابع تعریف شده توسط کاربر (UDF)، نتایج با داده‌های عددی موجود در مطالعات‌پیشین صحت‌سنجی گردید. شبیه سازی ها برای عدد پرانتل 0.7 و اعداد رینولدز و طول لغزش‌های مختلف ارائه شده‌ و اثر لغزش سطح استوانه روی ضرایب پسا و برآ، عدد استروهال و ضریب انتقال حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد، با آبگریز کردن استوانه در عدد رینولدز 100 و طول لغزش 0.2، عدد ناسلت افزایش 21.3 درصدی داشته و مقدار ضریب پسا با کاهش 50.25 درصدی مواجه خواهد بود و ریزش گردابه حول استوانه کاملا سرکوب و کنترل می‌شود. علاوه بر این توزیع نوسانی عدد ناسلت نیز در این طول لغزش کنترل شده است. همچنین مشاهده می‌گردد، در رینولدز‌های مختلف با افزایش طول لغزش عدد ناسلت افزایش و ضرایب نیرو کاهش خواهند داشت.
کلیدواژه ها
 
Title
Investigation of Flow-Induced Oscillatory Effects and Heat Transfer Enhancement Around a Fixed Superhydrophobic Cylinder
Authors
َAli Ghadery, Mostafa Esmaeili
Abstract
Vortex shedding is an oscillatory phenomenon that occurs when a fluid flows past a bluff body, such as a cylinder, at specific velocities. This phenomenon can lead to vortex-induced vibrations, resulting in structural fatigue. In the present study, numerical simulations of transient flow and convective heat transfer around a superhydrophobic cylinder are conducted to enhance the heat transfer coefficient and reduce both drag and lift coefficients. The governing equations are solved using the finite volume method, employing the SIMPLE algorithm. For validation purposes, the Nusselt number results for a cylinder with a no-slip boundary condition are initially compared with previous studies, demonstrating satisfactory agreement. Subsequently, the Navier boundary condition is applied to the hydrophobic cylinder using a user-defined function (UDF), and the results are validated against available numerical data from the literature. The simulations are performed for a Prandtl number of 0.7 and various Reynolds numbers and slip lengths, examining the influence of surface slip on the drag and lift coefficients, the Strouhal number, and the heat transfer coefficient. The findings reveal that, for a Reynolds number of 100 and a slip length of 0.2, the Nusselt number increases by 21.3%, while the drag coefficient is reduced by 50.25%, effectively suppressing and controlling vortex shedding around the cylinder. Additionally, the oscillatory behavior of the Nusselt number is mitigated at this slip length. Furthermore, it is observed that, at various Reynolds numbers, an increase in slip length results in an increase in the Nusselt number and a reduction in force coefficients.
Keywords
vortex shedding- superhydrophobic cylinder, -Navier boundary condition- Lift and drag coefficients-convective heat transfer