انتقال حرارات جابجايي اجباري عبوري از يك سيلندر دايروي ساكن در سيالات غيرنيوتني

Force Convection Heat Transfer from a Stationary Circular Cylinder in Non-Newtonian Fluids

در مطالعه حاضر، انتقال حرارت سيال غيرنيوتني گذرنده از روي سيلندر دايروي ساكن در جريان آزاد با استفاده از روش شبكه بولتزمن در حالت دو بعدي و رژيم جريان ناپايا شبيه سازي شده است. از مدل تواني براي شبيه سازي رفتار سيال غيرنيوتني استفاده شده است.شبيه سازي هاي عددي براي سه عدد رينولدز(80، 100 و 120)، اعداد پرانتل 10 و 20، شاخص هاي تواني متفاوت در بازه بين 4/0 تا 8/1 و اعداد بريكمن صفر، 1 و 3 انجام شده است. اثر پارامترهاي مختلف روي كانتور ورتيسيته، خطوط هم دما، عدد ناسلت محلي و عدد ناسلت متوسط سطح-تناوبي مطالعه مي شود.نتايج حاصل نشان مي دهد كه ترم اتلاف ويسكوز، نقش بسيار مهمي در سيالات غير نيوتني ايفا مي كند. با تغيير خواص سيال از رقيق شونده برشي به نيوتني و سپس به غليظ شونده برشي، طول و پهناي گرابه ها افزايش وفاصله مابين خطوط هم دما كاهش مي يابد. بطوركلي، نرخ انتقال گرما از سطح سيلندر با كاهش اعداد رينولدز و پرانتل و با افزايش عدد بريكمن و شاخص تواني، كاهش مي يابد.

In this work, the force convection heat transfer from a stationray circular cylinder in a non-Newtonian fluid is simulated by the lattice Boltzmann method in a 2D and unsteady flow regime. The simulation is performed for three Reynolds numbers (80, 100, and 120) with the Prandtl numbers 10 and 20, and different non-Newotonian power-law indices in the range of 0.4-1.8, while varying the Brikman number from 0,1 to 3. The effects of different parameters on the vorticity contour, isotherm patterns, local Nusselt number, and periodic-surface average Nusselt number are also studied. The results obtained show that viscous dissipation plays a main role when the operating fluid is non-Newtonian. As the fluid behavior changes from shear-thinning fluids to Newtonian, and then to shear-thickening fluids, the length and width of the wakes increase, and the sepration between the isotherm contours deacreases. Broadly, the rate of heat transfer deacreses with decreasing the Reynolds and Prandtl numbers, and with increasing the Brikman number and the power-law index.