مطالعه عددی افزایش انتقال گرما و رفتار جریان سیال در تعامل سیال-سازه برای کانال با بهره گیری از دیوارهای منعطف نوسانگر

پژوهش حاضر با استفاده از برهم کنش سازه سیال به بررسی خنک کاری یک صفحه ی مستطیلی گرم از طریق جریان سیال درکانال با بهره گیری از دو دیوار الاستیکی در شرایط نوسانی با اعمال نیروی خارجی پرداخته است. جریان سیال تراکم ناپذیر از کانال دوبعدی که در وسط آن منبع گرمایی با شار گرمایی ثابت وجود دارد و در قسمت بالا و پایین کانال دو دیوار الاستیکی همجنس و هم اندازه قرارگرفته است، عبور می کند. با عبور جریان سیال از سطح گرم و نوسان دیوارهای الاستیکی انتقال گرما از سطوح داغ به سیال تغییر می یابد. در واقع آهنگ تبادل گرما به عنوان تابعی از شرایط سطوح الاستیک نوسانگر و دامنه نیرو اعمال شده به دیوارهای الاستیکی و دوره تناوب اعمال نیرو رفتار می کند.  هدف شبیه سازی های صورت گرفته، بررسی کاربرد جایگزینی مرز الاستیک با مرز صلب در بخشی از کانال و تاثیر اندازه دوره تناوب نوسان نیروی اعمالی و دامنه نیرو است. در این پژوهش جریان لایه ای  با چهار عدد رینولدز مختلف ۶۰۰و۱۱۰۰و۱۶۰۰و۲۱۰۰ و سه دامنه نیروی اعمالی مختلف۲۰۰و۴۰۰و۸۰۰ نیوتن برمتر و چهار دوره تناوب نوسانی ۵/۰ و۲۵/۰و۱۲۵/۰ و۰۷/۰ ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. پس از حل معادلات حاکم شامل معادله انرژی و مومنتوم و معادلات سطح الاستیک و به کارگیری روش اجزا محدود دلخواه اویلری لاگرانژی  در نرم افزار مهندسی Comsol نتایج نشان می دهد که کاهش دوره تناوب  نوسان، اختلاط جریان سیال را بهبود می بخشد و در نتیجه آهنگ انتقال گرما تا مقدار بهینه ی آن افزایش می یابد. نتایج نشان داد که کاهش پیوسته ی دوره ی تناوب بار اعمالی تا مقدار بهینه می تواند کارآمد باشد که در غیراین صورت تاثیر معکوس بر افزایش آهنگ  دفع  گرما دارد. بیشترین درصد افزایش ضریب انتقال گرما  همرفت در مقایسه با کانال صلب در دامنه نیروی اعمالی ثابت ۸۰۰ نیوتن برمتر در اعداد رینولدز ۶۰۰ و۱۱۰۰و۱۶۰۰و۲۱۰۰ به ترتیب۳۰۱٪ و۲۹۷٪ و۳۴۱٪ و ۳۲۸٪ می باشد.

کلیدواژه ها:

برهم کنش سازه سیال ، دیوار الاستیکی ، افزایش ضریب انتقال حرارت همرفت اجباری ، روش المان محدود