شبيه‌سازي عددي جريان و انتقال حرارت خواص وابسته به دماي سيال ويسكوالاستيك در تبديل واگراي متقارن محوري

The numerical simulation of flow and heat transfer of temperature dependent properties of viscoelastic fluid in an axisymmetric sudden expansion

در تحقيق حاضر، جريان آرام و انتقال حرارت سيال ويسكوالاستيك در تبديل واگراي متقارن محوري با نسبت انبساط 1:3 مورد بررسي قرار گرفته است. براي شبيه‌سازي عددي جريان آرام و انتقال حرارت سيال ويسكوالاستيك از روش حجم محدود و الگوريتم پيزو استفاده شده است. همچنين براي مطالعه تأثير خاصيت الاستيك جريان سيال پليمري از مدل فن-تين-تنر غيرخطي استفاده شده است. بيشتر تحقيقات انجام شده در اين زمينه معطوف به بررسي پارامترهاي هيدروديناميكي جريان مانند بررسي تأثير عدد رينولدز و خاصيت الاستيك بر طول گردابه‌ها مي‌باشد كه باتوجه به فقدان تحقيقي جامع در زمينه‌ي انتقال حرارت جريان سيالات ويسكوالاستيك در تبديلات واگرا، انجام تحقيق حاضر ضروري به نظر مي‌رسد. از ديگر نوآوري‌هاي پژوهش حاضر در نظر گرفتن برخي از خواص رئولوژيكي و ترموديناميكي سيال ويسكوالاستيك به صورت تابعي از دما مي‌باشد كه باتوجه به حساسيت برخي از خواص سيال ويسكوالاستيك به دما، در نظر گرفتن اين فرض در حل معادله انرژي ضروري به نظر مي‌رسد. نتايج شبيهسازي عددي نشان مي‌دهد، مقدار بيشينه ناسلت موضعي ديواره پايين‌دست تبديل واگرا تقريباً جايي است كه گردابه‌ها پايان يافته‌اند و روند تغييرات سرعت به مانند لوله صاف شده است. همچنين با افزايش عدد رينولدز كه منجر به افزايش طول و شدت گردابه‌ها مي‌گردد، بيشينه ناسلت موضعي در ناحيه انبساط ناگهاني بيشتر به سمت پايين‌دست پيشروي مي‌كند.

In the current research, laminar flow and heat transfer of viscoelastic fluid in an axisymmetric sudden expansion with expansion ratio of 1:3 is investigated. Finite volume method and PISO algorithm are used for numerical simulation of flow and heat transfer of viscoelastic fluid. Also, to study the effect of elasticity property of polymeric fluid flow, nonlinear Phan-Thein-Tanner (PTT) rheological model is used. Most of the researches that have been done in this field are focused on investigating hydrodynamic parameters of flow, like studies on the effect of Reynolds number and elasticity property on vortice length, so due to the scarcity of comprehensive study about the heat transfer of viscoelastic fluid flow in sudden expansion, performing the present study seems necessary. Considering some of the rheological and thermodynamic properties of viscoelastic fluid as a function of temperature is the other innovation of the current study which, due to the sensitivity of some of the viscoelastic properties to temperature, considering this hypothesis for solving energy equation is necessary. The results of numerical simulation show that the maximum quantity of local Nusselt of sudden expansion for downstream wall is approximately where vortices finish and the procedure of velocity variation is similar to a smooth pipe. Also, with increasing Reynolds number that led to enhancing length and intensity of vortices, the maximum local Nusselt in sudden expansion region moves further toward downstream.