بررسي اثرات نيروي اينرسي روي انتقال حرارت جريان سيال ويسكوالاستيك داخل كانال صفحه‌اي واگرا با انبساط ناگهاني متقارن

Investigation of inertial force effects on the heat transfer of viscoelastic fluid flow inside expanded planar channel with the symmetric abrupt expansion

در اين مقاله، انتقال حرارت جريان سيال ويسكوالاستيك داخل كانال صفحه‌اي متقارن با انبساط ناگهاني 1:3 به صورت عددي شبيه‌سازي شده است. براي مدلسازي رفتار رئولوژيكي و غيرخطي جريان اينرسي سيال ويسكوالاستيك، از فرم نمائي مدل فن تين-تنر استفاده شده است. شرط مرزي حرارتي در ورود و روي ديوارهاي كانال، دما ثابت در نظر گرفته شده است. همچنين سرعت در ورودي كانال يكنواخت و ثابت است و مقدار آن با توجه به عدد رينولدز جريان تعيين مي‌شود. با توجه به تأثير قابل ملاحظه دما بر خواص سيال ويسكوالاستيك، لزجت، زمان آسودگي از تنش، ظرفيت گرمايي ويژه و ضريب هدايت حرارتي به صورت توابعي از دما در نظر گرفته شده‌ و جمله تلفات در معادله انرژي لحاظ شده است. براي حل همزمان معادلات حاكم از الگوريتم پيزو و براي گسسته سازي، از روش حجم محدود استفاده شده است. در اين مطالعه، تأثير نيروي اينرسي روي توزيع سرعت، توزيع دما و تغييرات اعداد ناسلت محلي و ميانگين در بخش انبساطي كانال بررسي مي‌شود. با وجود متقارن بودن كانال صفحه‌اي، افزايش عدد رينولدز سبب تشكيل جريان‌هاي متقارن و نامتقارن داخل بخش انبساطي كانال مي‌شود. براي جريان‌هاي نامتقارن، افزايش عدد رينولدز از 40 تا 100 (رشد 2.5 برابري عدد رينولدز) سبب افزايش 1.7 برابري مقادير بيشينه اعداد ناسلت محلي در مجاورت ديوارهاي پاييني و بالايي بخش انبساطي كانال مي‌شود.

In this paper, the heat transfer of viscoelastic fluid flow has been numerically simulated inside a symmetric planar channel with 1:3 abrupt expansions. For modeling the rheological and nonlinear behavior of inertial flow related to the viscoelastic fluid, exponential form of the Phan Thien-Tanner (EPTT) model has been used. The thermal boundary condition of constant temperature has been considered at the inlet and on the walls of channel. Also, velocity is uniform and constant at the inlet of channel and its value is determined by the Reynolds number of flow. Due to the significant effect of temperature on the viscoelastic fluid properties, viscosity, relaxation time, specific heat capacity and thermal conductivity have been taken as a function of temperature and dissipation term has been employed in the energy equation. For coupling the governing equations, the PISO algorithm is utilized and finite volume method (FVM) is employed for discretizing these equations. In this study, the effect of inertial force is investigated on the velocity distribution, temperature distribution and variation of local and average Nusselt numbers in the expanded part of channel. Despite the symmetry in the planar channel, increasing the Reynolds number forms the symmetric and asymmetric flows inside the expanded part of channel. For asymmetric flows, increase of Reynolds number from 40 to 100 (growth of 2.5 times the Reynolds number) resulted in a 1.7-fold increase for the maximum values of local Nusselt numbers in the vicinity of the upper and lower walls of the channel expanded part.