شبیه سازی عددی میدان جریان و انتقال حرارت درون کانال با ابعاد مختلف موانع دوکی در حضور سیال غیرنیوتنی مدل توانی

در این مقاله به تحلیل میدان جریان و انتقال حرارت جابجایی اجباری سیالات غیرنیوتنی درون کانال با موانع دوکی شکل پرداخته شده است. در ابتدا پس از بررسی معادلات حاکم و شرایط مرزی حاکم بر مسئله، استقلال حل از تعداد شبکه صورت گرفته است. سپس نتایج تحقیق حاضر در دو حالت برای سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی با مطالعات مشابه پیشین صحت‌سنجی شده‌ است. اثرات پارامترهای مختلفی مانند اثر آرایش موانع دوکی، اثر قطر موانع(d/h) و اثر دنباله موانع (w/d)مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین اثر شاخص‌های توانی مختلف سیال غیرنیوتنی و تاثیر آن بر ضریب درگ و عدد ناسلت مورد بررسی قرار داده شده است. با بررسی نتایج مشخص شد که به ازای کلیه پارامترهای مورد بررسی، آرایش جابجا شده موانع دوکی نسبت به حالت آرایش منظم، میزان انتقال حرارت بیشتری داشته و از طرف مقابل افت فشار بیشتری را در کانال سبب می شود. نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش قطر و دنباله موانع به میزان 300%، میزان انتقال حرارت از موانع به ترتیب به میزان 100% و 25% کاهش می‌یابد. همچنین با افزایش قطر پیشانی موانع، ضریب درگ فشاری و اصطکاکی افزایش پیدا می‌کند. این در حالی است که افزایشاندازه دنباله موانع دوکی سبب افزایش ضریب درگ اصطکاکی و کاهش ضریب درگ فشاری می گردد. در انتها با بررسی رفتار سیال غیرنیوتنی مدل توانی مشخص شد که عدد ناسلت متوسط با افزایش شاخص توانی از 0/8 تا 1/2 برای آرایش منظم در حدود 3/43 % و برای آرایش جابجا شده در حدود 4/38 % کاسته شده است. همچنین ضریب درگ کل با افزایششاخص توانی از 0/8 تا 1/2 در حدود 200 % افزوده شده است.

numerical simulation of the flow field and heat transfer inside the channel with different dimensions of spindle obstacles in the presence of power-law non-newtonian fluids

in this article, analysis of the flow field and forced convection heat transfer of non‌newtonian fluids inside the channel with spindle‌shaped obstacles is discussed. at first, after checking the governing equations and the boundary conditions of the problem, the grid independency is evaluated. then, the results of the present study are validated for two cases of newtonian and non‌newtonian fluids with previous works. the effects of various parameters such as arrangement of spindle obstacles, the effect of the obstacles diameter and the effect of the obstacles length have been investigated. also, the effect of different power indexes of non‌newtonian fluid and its effect on drag coefficient and nusselt number are investigated. by examining the results, it is found that for all the mentioned parameters, the staggered arrangement of the spindle obstacles have a higher heat transfer rate than the ordered arrangement. the results of this research are revealed that by increasing the diameter and length of the obstacles by 300%, the amount of heat transfer from obstacles decreases by 100% and 25%, respectively. also, by increasing the diameter of obstacles, the pressure and friction drag coefficients increases; meanwhile, increasing the length size of the spindle obstacle increases the frictional drag coefficient and decreases the pressure drag coefficient. finally, by examining the behavior of the non‌newtonian fluid of the power‌law model, it is found that the average nusselt number is decreased by increasing the power index from 0.8 to 1.2 for the ordered arrangement about 3.43% and for the staggered arrangement around 4.38%. also, the total drag coefficient has increased by about 200% through increasing the power index from 0.8 to 1.2.