تحليل عددي تاثير الكترود جمع كننده سيمي بر ميدان جريان و انتقال حرارت تحت محرك الكتروهيدروديناميك

Numerical Investigation of Collecting Wire Electrode Effect upon Flow Field and Heat Transfer with Electro-hydrodynamic Actuator

در مطالعه حاضر، به بررسي عددي ميدان جريان و دما تحت تاثير ميدان الكتريكي در يك كانال مسطح در حضور الكترود جمع كننده سيمي و تحت شرايط دو‌بعدي، آشفته، غيرقابل‌تراكم و پايا با روش حجم محدود پرداخته شده است. شبيه‌سازي‌ها با استفاده از يك شبكه سازمان‌يافته، غيريكنواخت و چهار وجهي، توسط مدل آشفتگي Standard K-? انجام شده است. همچنين بررسي پارامترهاي مختلف از قبيل، شعاع الكترود جمع كننده، ولتاژ اعمالي، عدد رينولدز و فاصله عمودي مابين الكترودهاي تزريق كننده و جمع كننده و تاثير آن‌ها بر الگوي جريان و ضريب انتقال حرارت، مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج عددي در مقايسه با داده هاي تجربي از تطابق قابل قبولي برخوردار است. نتايج تحليل عددي، حاكي از آن است كه در شعاع الكترود جمع‌كننده بزرگتر، رينولدزهاي پايين تر، ولتاژهاي بالاتر و همچنين در فاصله هاي كمتر الكترودها نسبت به يكديگر، پديده الكتروهيدروديناميك تاثير به‌سزايي در افزايش انتقال حرارت دارد. در واقع وجود محرك الكتروهيدروديناميك به عنوان توليد كننده جريان ثانويه، اثرات مهمي را بر ساختارهاي گردابه اي ميدان جريان و متعاقباً بر انتقال حرارت جابجايي اجباري، از خود بر جاي مي گذارد.

In this work, the flow and temperature fields affected by an electric field in the presence of a wire-collecting electrode are numerically studied for the two-dimensional, incompressible, turbulent, and steady-flow conditions by the finite volume approach. This computational methodology includes the use of a structured non-uniform quadrilateral grid, and the standard K-? model is adopted as the turbulence model. The computed results are compared with the experimental data; they agree very well. Then the effects of different parameters such as the collecting electrode radius, applied voltage, Reynolds number, and distance between emitting and collecting electrodes on the flow pattern and heat transfer coefficient are evaluated. The numerical results obtained show that the influence of the electro-hydrodynamic phenomenon on the heat transfer enhancement increases with the radius of the grounded electrode and applied voltage but decreases when the Reynolds number and the distance between electrodes are augmented. The results obtained indicate that the electro-hydrodynamic actuator acts as a generator of secondary flow, and these vortices are used to enhance the forced convection heat transfer.