عدد ناسلت برای جریان سیال آرام تراکم‌پذیر در ناحیه ورودی یک لوله داغ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار،دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران

2 دانشیار، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران

چکیده

حل بسیاری از مسائل مهم صنعتی نیاز به دانستن مقادیر ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی یک یا چند جریان سیال در تجهیزات، سیستم‌ها یا لوله‌های مختلف دارند. در مطالعه حاضر، یک مدل عددی برای شبیه‌سازی جریان سیال تراکم‌پذیر در قسمت ورودی یک لوله داغ با زوایای مختلف نسبت به افق ایجاد شده است. در این ناحیه، لایه‌های مرزی هیدرودینامیکی و حرارتی جریان سیال درحال‌توسعه هستند. با توجه به آشفتگی جریان سیال در اثر بر همکنش جریان حرارت و سیال در داخل این لوله، از مدل آشفته سه‌بعدی برای این شبیه‌سازی استفاده شد. برای این منظور، معادلات پیوستگی، ناویر-استوکس تراکم‌پذیر، مدل استرس رینولدز، و معادلات انرژی آشفته و تراکم‌پذیر به‌صورت هم‌زمان حل شده‌اند. سپس با استفاده از مجموعه‌ای از اجراهای عددی به‌وسیله مفاهیم طراحی آزمایش و روش‌های بهینه‌سازی، یک فرمول پیش‌بینی برای عدد ناسلت برای این جریان‌ها به دست آمده است. در نهایت توانایی این فرمول با استفاده از مجموعه‌ای از داده‌های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Nusselt Number for Laminar Flow in Entrance Zone of a Hot Tube

نویسندگان [English]

  • Bahador Abolpour 1
  • rahim shamsoddini 2
1 Associate Professor, Sirjan University of Technology, Sirjan, Iran
2 Associate Professor, Sirjan University of Technology, Sirjan, Iran
چکیده [English]

Solving many important industrial problems requires knowing the values ​​of the displacement heat transfer coefficient of one or more fluid streams in different equipment, systems or pipes. In this study, a numerical model has been developed to simulate compressible fluid flow at the inlet of a hot pipe with different angles to the horizon. In this area, the hydrodynamic and thermal boundary layers of the fluid flow are developing. Due to the turbulence of fluid flow due to the interaction of heat and fluid flow inside this pipe, three-dimensional turbulent model was used for this simulation. For this purpose, continuity equations, compressible Navier-Stokes, Reynolds stress model, and turbulent and compressible energy equations are solved simultaneously. Then, using a series of numerical runs through the concepts of experimental design and optimization methods, a prediction formula for the Nusselt number for these flows has been obtained. Finally, the ability of this formula has been investigated using a set of laboratory data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nusselt Number
  • Compressible Flow
  • Laminar flow
  • Entrance Zone
  • Hot Tube

Smiley face

مراجع

  1. 1.Smith, J. M. “Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”, New York, Mcgraw Hill Education, 2018.

    1. 2. Kauzmann, W. “Kinetic Theory of Gases”. Courier Corporation, 2012.
    2. 3. Sutherland, W. “The Viscosity of gases and Molecular Force”. Phil. Mag. J. Sci., 36, No. 223, pp. 507-531, 1893. doi: 10.1080/14786449308620508
    3. 4. Shah, R. “Laminar Flow Forced Convection in Ducts”, Supp. Adv. Heat Trans., p 153-195, 1978.
    4. Lee, P. S. and Garimella, S. V. “Thermally Developing Flow and Heat Transfer in Rectangular Microchannels of different aspect ratios”. Int. J. Heat Mass Trans., Vol. 49, No. 17, pp. 3060-3067, 2006.
    5. 6. Smith, A. and Nochetto, H. “Laminar Thermally Developing Flow in Rectangular Channels and Parallel Plates: Uniform Heat Flux”. Heat Mass Trans., Vol. 50, No. 11, pp. 1627-1637, 2014. doi:10.1016/j.csite.2021.100856
    6. 7. Renksizbulut, M. and Niazmand, H. “Laminar Flow and Heat Transfer in the Entrance Region of Trapezoidal Channels with Constant Wall Temperature”. J. Heat Trans., Vol. 128, No. 1, pp. 63-74, 2006 doi:1016/j.ijthermalsci.2005.12.008.
    7. McHale, J. P. and Garimella, S. V. “Heat Transfer in Trapezoidal Microchannels of Various Aspect Ratios”. Int. J.l Heat Mass Trans., Vol. 53, No. 3, pp. 365-375, 2010. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.09.020
    8. Saha, S. K., Agrawal, A., and Soni, Y.  “Heat Transfer Characterization of Rhombic Microchannel for H1 and H2 Boundary Conditions”. Int. J. Therm. Sci., Vol. 111, pp. 223-233, 2017. DOI: 10.1615/JEnhHeatTransf.2021038523
    9. Maia, C. R. M., Aparecido, J. B., and Milanez, L. “Heat Transfer in Laminar Flow of Non-Newtonian Fluids in Ducts of Elliptical Section”. Int. J. Therm. Sci., Vol. 45, No. 11, pp. 1066-1072, 2006. doi:10.1016/j.ijthermalsci.2006.02.001
    10. Maia, C. R. M., Aparecido, J. B., and Milanez, L. F.  “Thermally Developing Forced Convection of Non-Newtonian Fluids Inside Elliptical Ducts”. Heat Trans. Eng., Vol. 25, No. 7, pp. 13-22, 2004. doi:10.2514/1.T6193
    11. 12. Birken, P. “Numerical Methods for the Unsteady Compressible Navier-Stokes Equations”. Kassel University, 2013.
    12. Launder, B. E., Reece, G. J., and Rodi, W.  “Progress in the Development of a Reynolds-Stress Turbulence Closure”. J. Fluid Mech., Vol. 68, No. 3, pp. 537-566, 1975. doi:10.1017/S0022112075001814
    13. Wilcox, D. C. “Turbulence modeling for CFD”., Vol. 2, DCW industries La Canada, CA, 1998.
    14. 15. Abolpour, B., Afsahi, M. M., Yaghobi,, Soltani Goharrizi, A., and Azizkarimi, M. “Interaction of Heat Transfer and Gas Flow in a Vertical Hot Tube”. Heat Mass Trans., Vol. 53, No. 7, pp. 2409-2417, 2017.
    15. Abolpour, B. and Shamsoddini, R., “A Predictive Formula for the Nusselt Number of Compressible Laminar Fluid Flow Passing the Thermal Developing Zone of a Hot Tube”. Heat Trans. Asian Res., Vol. 48, No. 4, pp. 1529-1543, 2019.

    16. Hausen,H. “Darstellungdes Warmeuberganges in Rohrendurchverallgemeinerte. Potenzbeziehungen”.Z.VDIBeih

                     Verfahrenstech, Vol. 4, No. 91, pp. 91-98, 1943.doi: 10.22059/jcamech.2018.255831.263

      1. 18. Metais, B. and Eckert, “Forced, Mixed, and Free Convection Regimes”. J. Heat Trans., Vol. 86, pp. 295-296, 1964. doi:10.1016/S0017-9310(97)00026-4
      2. Mills, A. F. “Heat Transfer”. Prentice Hall, 1999.
      3. 20. Oliver, D.“Heat Transfer Due to Combined Free and Forced Convection in a Horizontal and Isothermal Tube”. ASME J. Heat Trans., 93, pp. 380–384, 1972.
      4.  Sieder, E. N. and Tate, G. E.  “Heat Transfer and Pressure Drop of Liquids in Tubes”. Ind. Eng. Chem., Vol. 28, No. 12, pp. 1429-1435, 1936. doi:10.1021/ie50324a027
مکانیک سیالات و آیرودینامیک
دوره 11، شماره 2 - شماره پیاپی 30
پاییز و زمستان 1401
اسفند 1401
صفحه 1-9

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 05 اردیبهشت 1401
  • تاریخ بازنگری: 25 مهر 1401
  • تاریخ پذیرش: 28 آبان 1401
  • تاریخ انتشار: 11 اسفند 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار