717 KB56 KB199920252017Arjun, Kozhikkatil SunilKumar, Rakeshštevilka:4letnik:63str.235-247ISSN:0039-2480COBISSID_HOST:15477275URN:URN:NBN:SI:doc-LKJ744E6enZveza strojnih inženirjev in tehnikov Slovenije etc.Strojniški vestnikizboljšan prenos toplotekrožni valjmagnetohidrodinamikananofluidinanotekočineračunalniška dinamika tekočinzastojno teloPerformance index in MHD duct nanofluid flow - past a bluff body at high Re|The quasi-two-dimensional Alsub2Osub3 -water nanofluid magneto hydro-dynamics (MHD) flowing over a circular cylinder at higher Reynolds number has been modelled using Ansys FLUENT 15.0 in a rectangular duct to determine the viability of heat transfer enhancement. The effect of the numerical simulations on performance indices were analysed for the range of 1000 <-Re>-3000 Reynolds numbers, 10<-Ha>-100 modified Hartmann numbers, 0.5<- fi >-2 nanoparticle volume concentrations, 0.1<- beta >_0.4 blockage ratios, 1<- omega >-0.25 position ratios, 0.75<-G/d>-1.5 gap ratios and 0<-d>-10 distance downstream of cylinder along heated duct wall. The results are presented graphically and discussed quantitatively. Grid independence is achieved with the domain having 3 upstream and 20 downstream cylinder diameter distance lengths with element polynomial degree 7 with respect to mean drag coefficient and Strouhal number. Cylinder placement with gaps to the heated wall of diameters between 0.75 and 1.25 and 10 diameters downstream of cylinder performed best, achieving 117 % enhancement of the performance indices at Re = 3000, Ha = 20, fi= 2 %, beta= 0.4 %, gama= 1 and G/d = 1. The performance indices were greater than one for all the cases tested, which indicates that the heat transfer enhancement for this flow is viable. The Nusselt number values of the present study were compared with the analytical and experimental data published earlier and found to be in perfect agreement validating the reliability of the present modelCilj predstavljene študije je preučitev razmerja med velikostjo in položajem valja, jakostjo magnetnega polja, Reynoldsovim številom, volumskim deležem nanodelcev in indeksom uspešnosti za kvazi dvodimenzionalno obtekanje krožnega valja v pravokotnem kanalu, pri čemer ti parametri vplivajo na tokovne lastnosti vrtinčne sledi, odlepljanje ter sile upora in vzgona. Preučen je tudi vpliv magnetnega polja na prisilno konvekcijo ob valju. V enačbi o ohranitvi momenta je prezrt vpliv vzgona in tok je obravnavan kot nestisljiv tok s konstantnimi termodinamičnimi in transportnimi lastnostmi Newtonske tekočine. Mnoge tehnične aplikacije na tem področju z visokimi hitrostmi in v visoko turbulentnih režimih je zelo težavno modelirati in nujne so numerične simulacije. Večina računskih modelov v literaturi zaradi enostavnosti in sprejemljive točnosti uporablja dve enačbi za popis turbulence. Razpoložljivi podatki o obtekanju krožnega valja v kanalu z MHD-nanofluidom so skopi. Izpuščeni so členi, ki popisujejo vpliv viskozne disipacije in Joulove toplote in privzeto je, da je inducirano magnetno polje zanemarljivo. Enačba volumskega deleža je rešena za sekundarno fazo. Uporabljen je večfazni Eulerjev model zmesi v dimenzijski obliki. Hitrost fluida ob vseh trdnih stenah je enaka nič, tok na vhodu v kanal brez valja pa je popolnoma razvit. Na izhodu je privzet konstanten referenčni tlak, ničelni hitrostni gradient v toku pa je šibko privzet z obravnavo difuzijskega člena momentne enačbe po Galerkinu. Za sklopitev tlaka in hitrosti je bil uporabljen algoritem SIMPLE. Za ohranitev časovne natančnosti sheme tretjega reda je na Dirichletovih mejnih hitrostih uveljavljen Neumannov pogoj višjega reda za tlačni gradient. Cilinder je toplotno izoliran. Simulacije so bile izvedene v paketu ANSYS FLUENT 15.0. Za diskretizacijo vodilnih tokovnih in energijskih enačb v prostoru je bila uporabljena metoda vozliščnega spektralnega elementa, za časovno integracijo pa shema tretjega reda na podlagi vzvratnega odvajanja. Indeksi uspešnosti so bili v vseh primerih večji od ena, s čimer je dokazana možnost izboljšanja prenosa toplote v obravnavanem toku. Najboljše rezultate je dala postavitev cilindra s količnikom vrzeli od 0,75- do 1,25-kratnika premera, s 100-odstotnim izboljšanjem indeksa uspešnosti pri največjem količniku zapiranja. Enak trend je bil ugotovljen za vse količnike zapiranja. Največji indeks uspešnosti je bil vedno dosežen pri količniku vrzeli ena, in sicer pri vseh količnikih zapiranja. Domneve o kvazi dvodimenzionalni naravi modela so potrjene. Za območjem postavitve valja od začetka kanala do desetkratnika premera valja navzdol po toku, v katerem je bilo ugotovljeno postopno povečevanje indeksa uspešnosti, indeks spet pada. Najboljši indeks uspešnosti 2,43 je bil zabeležen pri postavitvi valja na mesto 10 premerov navzdol po toku pri Re = 3000 in jakosti magnetnega polja Ha = 20 s količnikom zapiranja 0,4 ter količnikom položaja in količnikom vrzeli 1. Vrednosti Nu v študiji so bile primerjane s predhodno objavljenimi analitičnimi in eksperimentalnimi podatki in ugotovljeno je bilo popolno ujemanje, ki potrjuje zanesljivost predlaganega modela. Vrtinčna sled je bila tesno povezana s temperaturnimi linijami. Za morebitno dodatno izboljšanje prenosa toplote bi bilo treba opraviti še simulacije za vrednosti Re nad 3000, količnik zapiranja nad 0,4, volumske koncentracije nanodelcev nad 2 % in postavitev valja več kot 10 premerov navzdol po toku. Kot zastojno telo v toku MHD-nanofluida pri višjih Reynoldsovih številih je bil uporabljen krožni valj. Podan je predlog idealnega položaja valja glede na količnik zapiranja, položaja in vrzeli. Z numeričnimi simulacijami in pridobljenimi napovedmi kvazi 2D-modela je bil potrjen potencial za izboljšanje prenosa toplote. Dosežena je bila zelo velika izboljšava indeksa uspešnosti ob upoštevanju vpliva vrednosti Re, Ha in % na tok v pravokotnem kanaluTEXTznanstveno časopisjejournalsSlovenian National E-content AggregatorNational and University Library of SloveniaUniverza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo