حل عددي جريان و انتقال حرارت در كانال حفره دار با استفاده از مدل هاي آشفتگي رينولدز پايين

Computation of flow and heat transfer over dimpled channels using low-Reynolds number turbulence models

در اين مقاله به بررسي عملكرد سه مدل اغتشاشي k-ε ناحيه اي، k-ε رينولدز پايين خطي و k-ε رينولدز پايين غيرخطي در پيش-بيني جريان و انتقال حرارت داخل كانال حفره دار پرداخته شده است. همچنين اثر اعمال ترم NYP به جاي ترم اصلاح مقياس طول YAP مورد مطالعه قرار گرفته است. حفره ها تجهيزات انتقال حرارتي هستند كه در پره هاي توربين گاز به كار مي روند تا ميزان انتقال حرارت را بالا ببرند. اين تجهيزات بصورت مانعي در برابر جريان قرار نمي گيرند، بنابراين افت فشار زيادي را ايجاد نمي-كنند. در اين پژوهش به منظور حل معادلات حاكم بر جريان و انرژي از روش حجم محدود به همراه الگوريتم سيمپل استفاده شده است. نتايج بدست آمده با ترم اصلاح YAP حاكي از آن است كه مدل غيرخطي نسبت به مدل هاي ناحيه اي و خطي، جريان چرخشي بزرگتري را درون حفره پيش بيني مي كند. همچنين شدت برخورد و جهش جريان در اين مدل از دو مدل ديگر بيشتر است. با مشاهده نتايج انتقال حرارت درمي يابيم كه مدل ناحيه اي، ميزان انتقال حرارت را كمتر از نتايج تجربي بدست مي آورد. با اعمال مدل خطي، نتايج بهتري از انتقال حرارت در داخل حفره و لبه عقبي آن ارائه مي گردد. نسبت به اين دو مدل، مدل غيرخطي هم در لبه عقبي حفره و هم در فضاي صاف بين حفره ها پيش بيني بهتري را بدست مي آورد. در مقايسه با نتايج بالا، اعمال ترم NYP به جاي ترم YAP در مدل هاي خطي و غيرخطي، باعث ارائه نتايج دقيق تري از انتقال حرارت در راستاي عرضي و لبه عقبي حفره مي گردد.

In this paper, the performance of three turbulence models, zonal k-ε, linear low-Reynolds k-ε and nonlinear low-Reynolds k-ε in the prediction of flow and heat transfer through a dimpled channel is investigated. Furthermore, the effect of YAP term replacement with NYP length scale correction term is studied. Dimples are heat transfer devices which are employed in gas turbine blades to increase the heat transfer levels. These devices do not act as an obstacle for flow, and thus they produce low pressure losses. In this study, the governing equations on flow and energy are solved using the finite volume method together with the SIMPLE algorithm. The results obtained with YAP term indicate that the nonlinear model predicts larger recirculation flow inside the dimple than zonal and linear models. Also, the intensity of impingement and upwash flow in this model is greater than other models. Heat transfer results show that the zonal model predicts the heat transfer levels lower than experimental measurement. Using the linear model leads to a better prediction of heat transfer inside the dimples and their back rim. Compared to these models, the nonlinear model yields a better prediction not only for the smooth area between the dimples, but in the back rim of the dimple. The replacement of the YAP term with the NYP term in linear and nonlinear models leads to more accurate results for heat transfer in dimple span-wise direction and back rim.