مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل و بهینه‌سازی جابجایی حرارت در کانال‌های موجداربا نگاهی نو به مدلسازی هندسی آن‌ها

نویسندگان
1 استادیار دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 دانشکده مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی
چکیده
شکل مجرای جریان از طریق تاثیری که بر رفتار جریان سیال دارد، بر پدیده جابجایی حرارت اثر می گذارد. در این پژوهش به بررسی جریان سیال آرام و پایدار درون یک کانال با دیواره‌های موجدار پرداخته می‌شود. اگر کانال متشکل از یک واحد تکرار شونده در طول مسیر باشد، شکل این واحد را در حالت کلی می‌توان ترکیبی از یک دیفیوزر و یک نازل فرض کرد. در این مقاله اثر چند پارامتر هندسی این نازل‌ها و دیفیوزرهای فرضی نظیر طول/شکل دیواره و میزان عدم تقارن، بر افت فشار سیال و نرخ جابجایی حرارت در یک کانال دو بعدی مطالعه شده است. جریان داخلی، لزج و غیرقابل تراکم و عدد رینولدز 200 در نظر گرفته شده است. مطالعه انجام شده حاکی از آن است که افزایش طول نازل نسبت به دیفیوزر در یک واحد تکراری در امتداد کانال باعث افزایش عدد نوسلت متوسط شده ولی عدم تقارن دیواره ها بسته به میزان آن ممکن است باعث کاهش یا افزایش عدد نوسلت شود. به طور کلی در رینولدزهای پایین، تغییر شکل دیواره ها مکانیزم موثری برای افزایش نرخ انتقال حرارت نیست. درعین حال، با انتخاب مناسب پارامترهای هندسی نازل و دیفیوزر در یک واحد طولی کانال می‌توان نرخ جابجایی حرارت را افزایش داد. یک الگوریتم ژنتیک بهینه‌یابی به همین منظور معرفی و در حل یک مسئله نمونه به کار گرفته شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A New Geometrical Modeling Approach in the Analysis and Optimization of Convection Heat Transfer in Wavy Channels

نویسندگان English

Ali Ashrafizadeh 1
ali joodaki 2
چکیده English

Variation of the cross-sectional area of a channel affects the flow field and, therefore, convective heat transfer between the fluid and channel walls. In this paper, a geometrical model is proposed for a wavy channel carrying steady laminar flow of an incompressible fluid. The two-dimensional channel is modeled as a combination of a number of subsonic diffusers and nozzles. Effects of the geometrical characteristics such as length, boundary shape and symmetry of the channel, which describe the shape of these nozzles and diffusers, are investigated. Numerical studies at Re=200 show that the shape of the wall does not dramatically affect the convection heat transfer rate in the steady laminar regime. However, optimization studies can be carried out to change the shape of the channel and improve the average Nusselt number to some extent. It is shown that the average Nusselt number increases with the increase of the length of the diffuser part, but the asymmetry of the channel might increase or decrease the average Nusselt number. Finally, a genetic algorithm is introduced and used to optimize the geometrical parameters which describe the aforementioned nozzles and diffusers and, hence, the shape of the channel.

کلیدواژه‌ها English

Wavy channel
Nusselt number
Pressure drop
genetic algorithm