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

پژوهش حاضر با استفاده از برهم کنش سازه سیال به بررسی خنک‌کاری یک صفحه‌ی مستطیلی گرم از طریق جریان سیال درکانال با بهره‌گیری از دو دیوار الاستیکی در شرایط نوسانی با اعمال نیروی خارجی پرداخته است. جریان سیال تراکم‌ناپذیر 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 هم‌اندازه قرارگرفته است، عبور می‌کند. با عبور جریان سیال از سطح گرم و نوسان دیوارهای الاستیکی انتقال گرما از سطوح داغ به سیال تغییر می‌یابد. 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 می‌کند.  هدف شبیه‌سازی‌های 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 600و1100و1600و2100 و سه دامنه نیروی اعمالی مختلف200و400و800 نیوتن برمتر و چهار دوره تناوب نوسانی 0.5 و0.25و0.125 و0.07 ثانیه مورد بررسی قرار گرفته است. پس از حل معادلات حاکم شامل معادله انرژی و مومنتوم و معادلات سطح الاستیک و به‌کارگیری روش اجزا محدود دلخواه اویلری لاگرانژی  در نرم‌افزار مهندسی comsol نتایج نشان می‌دهد که کاهش دوره تناوب  نوسان، اختلاط جریان سیال را بهبود می‌بخشد و در نتیجه آهنگ انتقال گرما تا مقدار بهینه‌ی آن افزایش می‌یابد. نتایج نشان داد که کاهش پیوسته‌ی دوره‌ی تناوب بار اعمالی تا مقدار بهینه می‌تواند 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 800 نیوتن برمتر در اعداد رینولدز 600 و1100و1600و2100 به ترتیب301٪ و297٪ و341٪ و 328٪ می‌باشد.

numerical study of heat transfer enhancement and fluid flow behavior in fluid-structure interaction within a channel equipped with flexible oscillating walls

the present study investigates the cooling of a heated rectangular plate through fluid flow in a channel, utilizing the interaction between solid and fluid with two elastic walls under oscillating conditions and external forces. the incompressible fluid flow passes through a two-dimensional channel containing a constant heat flux heat source in the center, with two identical and equally sizedelastic walls positioned at the top and bottom of the channel. as the fluid flows over the heated surface and the elastic walls oscillate,the rate of heat transfer to the fluid changes. in this scenario, the heat exchange rate behaves as a function of the conditions of theoscillating elastic surfaces, the magnitude of the force applied to the elastic walls, and the oscillation period of the applied force. thegoal of the simulations conducted is to examine the application of replacing the elastic boundary with a rigid boundary in part of thechannel and the impact of oscillation period and force magnitude. in this study, laminar flow with four different reynolds numbers(600, 1100, 1600, and 2100) and three different applied force amplitudes (200, 400, and 800 n/m) alongside four oscillation periods(0.5, 0.25, 0.125, and 0.07 seconds) has been analyzed after solving the governing equations, including the energy equation,momentum equations, and elastic surface equations, utilizing the arbitrary eulerian-lagrangian method in comsol engineeringsoftware, the results indicate that decreasing the oscillation period enhances fluid flow mixing, thereby increasing the heat transferrate to its optimal level. the findings show that a continuous reduction of the applied force’s oscillation period to an optimal levelcan be effective; conversely, exceeding this optimal point can negatively impact the heat dissipation rate. the highest percentageincrease in the convective heat transfer coefficient, compared to the rigid channel, at a constant applied force of 800 n/m forreynolds numbers 600, 1100, 1600, and 2100 were 301%, 297%, 341%, and 328%, respectively.