شبیه‌سازی عددی رفتار جریان گرما-شاره حول استوانه با وجود مفتول کنترل‌گر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• توحید ادیبی ¹
• سید اسماعیل رضوی ²
• احسان عباسی تبریزی ³

¹ گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بناب، بناب.

² گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز.

³ دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز.

10.22067/fum-mech.v31i2.83998

چکیده

در این مطالعه، تأثیر یک استوانه یا مفتول کمکی در بالادست جریان سیّال حول استوانه به قطر D در یک کانال دوبعدی به ابعاد D50 × D20 و در عدد رینولدز 100 بر الگوهای گرما-شارۀ استوانه در حالت‌های ساکن و نوسانی مفتول بررسی شده است. فاصلۀ افقی مفتول از D5/1 تا D8، قطر آن از D1/0 تا D9/0 و همچنین فاصلۀ عمودی مفتول از محور افقی از D1/0 تا D9/0 متغیر است. معادلات حاکم در این مطالعه، معادلات پایستاری با فرض جریان دوبعدی، ناپایا، تراکم‌ناپذیر، آرام و لزج می‌باشند. شرط مرزی عدم لغزش در دیوارۀ استوانه‌ها و شرط دما ثابت در استوانۀ اصلی و شرط عایق دیواره برای مفتول برقرار است. معادلات حاکم به روش پسرو و با نرم‌افزار کامسول حل شده‌اند. نتایج نشان می‌دهند که وجود مفتول یا استوانۀ کمکی در بالادست جریان در حالت ساکن باعث کاهش ضریب پسا و عدد نوسلت استوانۀ اصلی می‌شود ولی نوسان عرضی آن با قطر D3/0، فاصلۀ D3 و دامنۀ D25/0، باعث افزایش این مقادیر نسبت به حالت ساکن می‌گردند که این افزایش در حالت قفل‌شدگی یعنی 1=F بیش‌ترین مقدار است.

کلیدواژه‌ها

• استوانۀ دایره‌ای
• جریان ارام
• مفتول کنترل‌گر
• انتقال حرارت

---

عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of the Heat-Fluid Flow Behavior Around the Cylinder with the Controller Wire

نویسندگان [English]

• Tohid Adibi ¹
• Syad Esmail Razavi ²
• Ehsan Abbasi Tabrizi ³

¹ Department of Mechanical Engineering, University of Bonab, Bonab, Iran

² Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran

³ Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.

چکیده [English]

In this paper, the effects of tripwire in upstream of flow over a circular cylinder in a 2D channel and Re=100 has been investigated. The dimensions of the channel are 20D×50D. The distance between cylinder and wire is considered from 1.5D to 6D, and the relative size of wire is considered from 0.1D to 0.9D. The governing equations are continuity, momentum, and energy for 2D, incompressible, unsteady and vicious conditions. The no-slip condition for both cylinder wall, constant temperature for cylinder, and adiabatic wall for wire have been considered in this paper. The followed equations have been solved by the back-ward differentiate method and the CFD software - COMSOL MULTYPHISIC. The results show that the higher diameter of the wire and horizontal and vertical distances of the wire causes a higher decrease in values of cylinder’s drag and heat transfer. At all, It is found that existing of wire in upstream, decreases the drag and heat transfer of the cylinder but oscillating wire with the amplitude of 0.25D and relative distance and diameters of 3D and.3D causes increasing in discussed parameters relative to the stationary state of them.

کلیدواژه‌ها [English]

• Circular Cylinder
• Controller Wire
• Laminar Flow
• Heat Transfer

مراجع

1-   Gao, D. L., Chen, W. L., Li, H., and Hu, H., "Flow around a circular cylinder with slit", Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 82, pp. 287-301, (2017).

2-   Tamoor, M., Waqas, M., Khan, M. I., Alsaedi, A., and Hayat, T., "Magnetohydrodynamic flow of Casson fluid over a stretching cylinder", Results in Physics, Vol. 7, pp. 498-502, (2017).

3-   Adibi, T., and Razavi, S. E., "A new characteristic approach for incompressible thermo-flow in Cartesian and non-Cartesian grids", International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 79, pp. 371-393, (2015).

4-    بهروزی، ب.، تبریزی، ح. ب. و دامنگیر، ا.، "بررسی تجربی تأثیر زبری سطح بر تشکیل برفک روی استوانه"، علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک، شماره 30، صفحه 60-51، (2018).

5-    وند، ح. ا. س.، و پارسا، ا. ب.، "بررسی عددی و تحلیلی اثرات تفرق حرارتی بر انتقال حرارت جریان نانوسیّال درون یک کانال," علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک، شماره 29، صفحه 40-21، (2018).

6-   Adibi, T., "Experimental investigation about drag force on the both icy and non-icy airfoils", Instrumentation Mesure Metrologie, Vol. 18, pp. 49-54, (2019).

7-   Soltani Ayan, M., Entezari, M., and Chini, S. F., "Experiments on skin friction reduction induced by superhydrophobicity and Leidenfrost phenomena in a Taylor-Couette cell", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 132, pp. 271-279, (2019).

8-   Alam, M. M., Moriya, M., Takai, K., and Sakamoto, H., "Fluctuating fluid forces acting on two circular cylinders in a tandem arrangement at a subcritical Reynolds number", Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 91, pp. 139-154, (2003).

9-   Zhang, P. F., Wang, J. J., and Huang, L. X., "Numerical simulation of flow around cylinder with an upstream rod in tandem at low Reynolds numbers", Applied Ocean Research, Vol. 28, pp. 183-192, (2006).

10- Juncu, G., "A numerical study of momentum and forced convection heat transfer around two tandem circular cylinders at low Reynolds numbers. Part II: Forced convection heat transfer", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 50, pp. 3799-3808, (2007).

11- Mahír, N., and Altaç, Z., "Numerical investigation of convective heat transfer in unsteady flow past two cylinders in tandem arrangements", International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, pp. 1309-1318, (2008).

12- Wang, Y. t., Yan, Z.-m., and Wang, H.-m., "Numerical simulation of low-Reynolds number flows past two tandem cylinders of different diameters", Water Science and Engineering, Vol. 6, pp. 433-445, (2013).

13- Mahir, N., and Altaç, Z., "Numerical Investigation of Flow and Heat Transfer Characteristics of Two Tandem Circular Cylinders of Different Diameters", Heat Transfer Engineering, Vol. 38, pp. 1367-1381, (2017).

14-  رضوی، س.، و محمدی‌سفیدان، ع.، "بررسی عددی تأثیر مفتول کنترلگر روی مشخصه‌های جریان سیّال-گرما حول استوانه دایروی محصور در کانال"، مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، شماره 46، صفحه 129-123، (2017).

15- S., Bao, Chen, S., Liu, Z., Li, J., Wang, H., and Zheng, C., "Simulation of the flow around an upstream transversely oscillating cylinder and a stationary cylinder in tandem", Physics of Fluids, Vol. 24, p. 023603, (2012).

16- Fu, Y., Zhao, X., Wang, X., and Cao, F., "Computation of Flow Past an In-Line Oscillating Circular Cylinder and a Stationary Cylinder in Tandem Using a CIP-Based Model", Mathematical Problems in Engineering, Vol. 2015, pp. 9, (2015).