شبيه سازي عددي به منظور بررسي انتقال گرماي مزدوج و ضريب اصطكاك در جريان هاي ضرباني

Numerical Investigation of Friction Coefficient and Conjugate Heat Transfer in Pulsating Flows

انتقال گرماي مزدوج جريان ضرباني در سردساز لوله ضرباني با استفاده از روش­هاي عددي شبيه­ سازي شده است. براي حل جريان در لوله از معادلات نوير-استوكس و براي حل ميدان دما از معادلات انرژي سيال و جامد به صورت كوپل استفاده شده است. در مقاله حاضر تاثير ضخامت ديواره جامد، نسبت رسانايي گرمايي جامد به سيال، عدد وومرزلي، دامنه نوسان بي­ بعد، رينولدز و پرانتل در انتقال گرما مزدوج در جريان­هاي ضرباني مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج شبيه ­سازي نشان مي­دهد با افزايش نسبت ضخامت ديواره به شعاع از δ/Ri=0.13 تا δ/Ri=1.0 مقدار عدد ناسلت 14% افزايش مي­يابد. براي دامنه نوسان­هاي بي ­بعد كمتر از يك، ناسلت جريان نوساني كمتر از جريان پاياي يك­ طرفه است ولي براي دامنه نوسان­هاي بي­ بعد بزرگتر از يك مقدار ناسلت جريان ضرباني از جريان پاياي يك ­طرفه بيشتر بوده و با افزايش دامنه نوسان افزايش مي­ يابد. نسبت ضريب اصطكاك در جريان­هاي ضرباني به جريان پاياي يك­طرفه بيشتر از يك بوده و مقدار اين نسبت در دامنه نوسان­ هاي بي ­بعد بزرگتر از يك به شدت افزايش مي ­يابد. افزايش وورمزلي براي دامنه نوسان بي­ بعد كمتر از يك سبب كاهش ناسلت مي ­شود در حالي كه براي دامنه نوسان­ هاي بي­ بعد بزرگتر از يك، مقدار بهينه­ اي وجود دارد كه براي دامنه نوسان 1/4، 2/4 و 3 مقدار بهينه آن تقريبا 20 است.

Conjugate heat transfer in a pulse tube is simulated numerically. Navier-Stokes equations are used for flow simulation and coupled fluid and solid energy equations are used for solving temperature domain in the tube. In the present paper, wall thickness, solid to fluid conductivity ratio, Womersley number, pulsating amplitude, Reynolds and Prandtl numbers have been considered to conduct a parametric study. By increasing wall thickness ratio from δ/Ri=0.13 to δ/Ri=1.0, Nusselt number increases almost %14. Results showed that pulsating flow Nusselt number is less than that of steady unidirectional flow for non-dimensional pulsating amplitude of less than one; however, it is higher than steady unidirectional Nusselt number for non-dimensional pulsating amplitude of more than one. The ratio of friction coefficient of pulsating to steady unidirectional flow is higher than one and it rises rapidly with increasing the pulsating amplitude. Nusselt number is reduced by increasing Womersley number for pulsating non-dimensional amplitude of less than one; however there is an optimum for pulsating amplitude of more than one which is 20 for pulsating amplitudes of 1.4, 2.4 and 3.