مطالعه عددي جابجايي آزاد سيالات ضخيم شونده غيرنيوتني مدل پاورلا در يك محفظه نامتقارن تحت زواياي تمايل مختلف

Numerical Investigation of Free Convection of Non-Newtonian Thickening Power Law Fluids in an Asymmetrical Enclosure under Various Inclinations

در اين تحقيق، به بررسي عددي انتقال حرارت جابجايي سيال غير‌نيوتني ضخيم شونده مدل پاورلا 𝑛>1 در يك محفظه بسته نا‌متقارن با نسبت منظري ثابت پرداخته شده است. در بسياري تحقيقات پيشين، محفظه انتقال حرارت متقارن و تحت يك زاويه مشخص در نظر گرفته شده است. در اين مطالعه معادلات حاكم به روش حجم محدود جبري شده و با استفاده از الگوريتم سيمپل سي حل شده است. براي اطمينان از صحت نتايج، نتايج كد نوشته شده را با نتايج مقالات ديگر در زمينه سيالات نيوتني و غير نيوتني مقايسه شده است. اثر زاويه تمايل محفظه (𝛾) و عدد رايلي(Ra) بر انتقال حرارت و ميدان جريان بررسي و مشاهده گرديد كه در اعداد رايلي كوچكتر از Ra<105 تغيير زاويه تمايل تاثيري محسوسي بر انتقال حرارت نداشته و در اعداد رايلي بزرگتر از Ra>105 در زاويه 45°=𝛾 كمترين انتقال حرارت را نسبت به ساير زوايا داريم. همچنين نتايج سيال نيوتني (𝑛=1) و غيرنيوتني ضخيم شونده با يكديگر مقايسه شدند. نتايج نشان مي‌دهد كه انتقال حرارت توسط سيالات غير نيوتني ضخيم شونده علاوه بر ساير پارامترها وابسته به n مي‌باشد و در حالتي كه زاويه تمايل محفظه 45°=𝛾 باشد، انتقال حرارت سيالات نيوتني و غير نيوتني ضخيم شونده برابر است. با توجه به رفتار غير نيوتني سيال و بي بعد سازي مساله، عدد بي بعد جديدي با نامگذاري عدد پرانتل توسعه يافته(Pr) در معادلات ظاهر گرديد كه به خواص سيال، هندسه جريان و توان پاورلا وابسته مي‌باشد. مقدار بهينه آن در(Pr=0.07) مشاهده شد كه در آن انتقال حرارت از محفظه مورد نظر به حد ماكزيمم خود رسيد.

Free convection heat transfer of a non-Newtonian thickening power law (𝑛>1) fluid in a closed asymmetrical enclosure with fixed aspect ratio was investigated in this study. Many of the previous studies, addressed the case with symmetrical heat transfer enclosure and for a given inclination. The governing equations were established by the finite volume method and solved by the SIMPLEC algorithm. In order to evaluate the code, its results were compared to those of other papers in the field of Newtonian and non-Newtonian fluids. The impact of the enclosure inclination (𝛾) and the Rayleigh number (Ra) on the heat transfer and the flow field were investigated. It was found that for Rayleigh numbers smaller than Ra<105 , inclination has little impact on heat transfer, while at Rayleigh numbers larger than Ra>105, the lowest heat transfer was observed at an angle of=45°. Moreover, the results pertaining to Newtonian (𝑛=1) and non-Newtonian thickening fluids were compared. The results show that heat transfer by thickening non-Newtonian fluids, in addition to other parameters, depends on the parameter 𝑛 and in the case of the angle of inclination 𝛾 =45°, the heat transfer of Newtonian and non-Newtonian thickening fluids is equal. Considering the non-Newtonian behavior of the fluid and nondimensionalization of the problem, a new dimensionless number known as the extended Prandtl number (Pr∗) appeared in the equations that depends on fluids characteristics, flow geometry, and the power law exponent(𝑛). Its optimal value was observed at (Pr∗=0.07) where heat transfer from the enclosure was at maximum.