تحليل عددي تأثير وجود بافل بر افزايش انتقال حرارت جريان نانو سيال روي يك پله پسرو: رابطه برازش براي عدد ناسلت متوسط

Numerical analysis of the effect of baffle on heat transfer enhancement nanofluid flow over a backward facing step: A correlation for the average Nusselt number

در مقاله حاضر، تأثير حضور بافل بر الگوي جريان و افزايش انتقال حرارت جابجايي اجباري نانوسيال مس با پايه آب در محدوده رژيم آرام روي يك پله پسرو به صورت عددي مورد مطالعه قرارگرفته‌است. براي حل معادلات جريان و دما از روش حجم محدود استفاده شده‌است. در اين مطالعه، تأثير پارامترهاي هندسي بافل از قبيل ارتفاع، عرض و تعداد آن، و همچنين عدد رينولدز و كسر حجمي نانوذرات بر الگوي جريان و انتقال حرارت بررسي شده‌است. همچنين به منظور ارزيابي همزمان افزايش انتقال حرارت و افت فشار، شاخص ارزيابي عملكرد تعريف شده‌است. نتايج حاكي از آن است كه با افزايش ارتفاع بافل، عدد رينولدز و كاهش كسر حجمي، شاخص ارزيابي عملكرد افزايش مي‌يابد. در تمامي شرايط، مقدار افزايش عدد ناسلت متوسط و شاخص ارزيابي عملكرد، براي عرض بافل معادل 2 برابر ارتفاع پله نسبت به ساير مقادير عرض بافل، به ترتيب حدود %7/6 و %15 مي‌باشد. همچنين نتايج نشان ميدهد كه حضور 2 بافل بهتر از تعداد ديگر بافل‌ها است. به منظور جمع‌بندي، يك رابطه برازش براي نسبت عدد ناسلت متوسط همچون تابعي از عدد رينولدز، كسر حجمي نانو ذرات، تعداد بافل، ارتفاع بافل و عرض بافل با خطاي متوسط %2/88 ارائه شده‌ است.

In this paper, the effect of baffle on the flow field and heat transfer enhancement of forced convection of Cu-water nanofluid flow in the laminar regime over a backward facing step is numerically investigated. Finite volume method is used to solve governing equations of flow and temperature. In this study, the influence of baffle geometrical parameters as height, width and number of baffles, as well as the Reynolds number and the volume fraction of nanoparticles on the flow filed and heat transfer are evaluated. Also, to evaluate the simultaneous of the heat transfer enhancement and pressure drop, the performance evaluation index is calculated. It is obvious that by increasing the Reynolds number and decreasing the volume fraction of nanoparticles, the performance evaluation index is increased. The average Nusselt number and the performance evaluation index for the width of baffle 2 are higher than other cases about 7.6% and 15% respectively. The results show that using 2 baffles must be more beneficial than other number of baffles. Finally, a correlation for the average Nusselt number as a function of Reynolds number, volume fraction of nanoparticles, number of baffles, baffle height and baffle width is presented with an average error of 2.88%.