بررسی اثرات حرارتی و سازه ای ارتعاشات اجباری اعمال شده بر قسمت محدودی از یک کانال مستطیلی دارای انبساط ناگهانی

افزایش نرخ انتقال حرارت و کنترل ارتعاش مکانیکی در سیستم‌های حرارتی، از جمله مبدل‌های حرارتی، نیروگاه‌ها، سیستم‌های تهویه ‌مطبوع، خنک‌سازی دستگاه‌های الکترونیکی و صنایع مختلف از اهداف اساسی محققان در این زمینه هستند. با استفاده از برخی تنظیمات مناسب و اعمال نیرو به قسمت تغییر شکل پذیر دیوار یک کانال، می توان به بهبود انتقال حرارت، صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه ها کمک کرد. همچنین در این راستا، باید به یادداشت که افزایش انتقال حرارت به طور معمول با افزایش دامنه ارتعاش رابطه مستقیم دارد. با این‌حال، چالش اصلی در اینجا این است که افزایش انتقال حرارت همراه با افت فشار و اصطکاک کمتری رخ دهد. بنابراین، با مشاهده نتایج حاصل از تغییر پارامترها، بهترین راهکار برای بهبود و افزایش بازده سیستم قابل تعیین خواهد بود. در نهایت با تحلیل و استفاده از نتایج شبیه‌سازی و اعتبارسنجی نتایج، می توان به کاهش ارتعاشات مکانیکی و بهبود عملکرد سیستم حرارتی کمک شد.

study on the structural and thermal effects of localized forced vibrations imposed on a restricted part of a sudden expansion rectangular channel

enhancing heat transfer rate and controlling mechanical vibrations in thermal systems—such as heat exchangers, power plants, air conditioning systems, electronic device cooling, and various industries—are fundamental objectives for researchers in this field.in this numerical study, the effect of localized vibrations on the wall of a channel with a backward-facing step was investigated. the primary aim of this research is to improve heat transfer, reduce energy consumption, and minimize costs by applying force to the deformable section of the channel wall. water was selected as the working fluid, with a laminar flow regime and a reynolds number of 1000.after performing simulations and analyzing the results, it was determined that the highest overall efficiency and maximum heat transfer occurred in a channel with a longer length (l = 1.968), a vibration frequency of 0.2 hz, and the deformable section positioned after the step, with forces applied from both the top and bottom. furthermore, it was shown that the presence of vibrations prevents boundary layer growth and significantly enhances mixing within the boundary layer.additionally, it should be noted that heat transfer enhancement is generally directly related to the increase in vibration amplitude. however, the main challenge here is ensuring that heat transfer improvement occurs with minimal pressure drop and friction losses. therefore, by examining the results obtained from varying parameters, the optimal strategy for system efficiency enhancement was identified.finally, through the analysis and validation of simulation results, the study contributed to reducing mechanical vibrations and improving the performance of the thermal system.