Дослідження двосторонньої взаємодії рідини з конструкцією скрученої стрічкової вставки в круглій трубі з литими ребрами з нанорідиною

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.234125

Ключові слова:

двостороння взаємодія рідини з конструкцією, CFD, нанорідина, типова скручена стрічка, оребрена труба

Анотація

Дана робота присвячена взаємодії рідини з конструкцією (FSI), однією з нових областей чисельного моделювання та розрахунків. Представлено чисельне дослідження інтенсифікації теплообміну і взаємодії рідини з конструкцією в круглій оребреній трубі з використанням нанорідини на основі оксиду алюмінію в якості робочого середовища і типової скрученої стрічки з коефіцієнтом скручування 1,85. Досліджувані об'ємні частки нанорідини становлять φ=0,3, 5% в умовах ламінарної і турбулентної течії. Рішення таких задач засноване на співвідношеннях механіки суцільних середовищ і в основному здійснюється чисельними методами. FSI виникає, коли потік рідини впливає на властивості конструкції або навпаки. Рішення таких завдань є складним з точки зору обчислень через складність визначення геометрії, характеру взаємодії рідини з твердим тілом, складної фізики рідин і вимог до обчислювальних ресурсів. Для визначення впливу скрученої стрічкової вставки і концентрації нанорідини на інтенсифікацію теплообміну, втрати на тертя, середнє число Нуссельта, профіль швидкості, характеристики теплопродуктивності і двосторонню взаємодію в круглій трубі при ламінарній і турбулентній течії проведені дослідження в області обчислювальної гідродинаміки на основі чисельних методів кінцевого об'єму для вирішення основних тривимірних рівнянь в частинних похідних. З використанням продуктів Ansys Fluent і Transient Structural вирішені основні рівняння неперервності, переносу імпульсу і енергії. Результати моделювання показують, що деформації двостороннього з'єднання коливаються з боку в бік з максимальною амплітудою 0,004 мм, розташованою в центрі типової скрученої стрічки. За рахунок додавання ребер підвищується розсіювання теплопередачі, і режим теплопередачі збільшується в міру збільшення чисел Рейнольдса.

Біографії авторів

Mustafa Abdulsalam Mustafa, Al-Rafidain University College

Department of Refrigeration and Air Conditioning Engineering

Atheer Raheem Abdullah, Al-Rafidain University College

Assistant Lecturer

Department of Refrigeration and Air Conditioning Engineering

Wajeeh Kamal Hasan, Al-Rafidain University College

Assistant Prof.

Department of Refrigeration and Air Conditioning Engineering

Laith J. Habeeb, University of Technology

Assistant Prof.

Training and Workshop Center

Maadh Fawzi Nassar, Universiti Putra Malaysia

Postgraduate Student

Department of Chemistry

Посилання

  1. Johar, G. (2010). Experimental Studies on Heat Transfer Augmenatation Using Modified Reduced Width Twisted Tapes (RWTT) as Inserts for Tube Side Flow of Liquids. National Institute of Technology, Rourkela. Available at: http://ethesis.nitrkl.ac.in/1842/1/Gaurav(10600023)_Virendra(10600006)_ethesis.pdf
  2. Bergles, A. E.; Bohsenow, W. M., Hartnett, J. P., Cho, Y. I. (Eds.) (1998). Techniques to augment heat transfer. In "Handbook of Heat Transfer". Ch. 11. McGraw-Hill.
  3. Manglik, R. M. (2003). Heat transfer enhancement. In Heat Transfer Handbook. Ch. 14. Wiley, 1029–1130. Available at: https://www.academia.edu/13224136/Heat_Transfer_Handbook
  4. Siddique, M., Khaled, A.-R. A., Abdulhafiz, N. I., Boukhary, A. Y. (2010). Recent Advances in Heat Transfer Enhancements: A Review Report. International Journal of Chemical Engineering, 2010, 1–28. doi: https://doi.org/10.1155/2010/106461
  5. You, L. (2002). Computational Modeling of Laminar Swirl Flows and Heat Transfer in Circular Tubes with Twisted-Tape Inserts. University of Cincinnati, 95. Available at: https://etd.ohiolink.edu/apexprod/rws_olink/r/1501/10?p10_etd_subid=79049&clear=10#abstract-files
  6. Elshafei, E. A. M., Safwat Mohamed, M., Mansour, H., Sakr, M. (2008). Experimental study of heat transfer in pulsating turbulent flow in a pipe. International Journal of Heat and Fluid Flow, 29 (4), 1029–1038. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2008.03.018
  7. Liu, S., Sakr, M. (2013). A comprehensive review on passive heat transfer enhancements in pipe exchangers. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 19, 64–81. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.11.021
  8. Choi, S. U. S. (2008). Nanofluids: A New Field of Scientific Research and Innovative Applications. Heat Transfer Engineering, 29 (5), 429–431. doi: https://doi.org/10.1080/01457630701850778
  9. Pfautsch, E. (2008). Forced Convection in Nanofluids over a Flat Plate. University of Missouri. doi: https://doi.org/10.32469/10355/5745
  10. Usri, N. A. B. (2010). Experimental Study of Heat Transfer Coefficient for Nanofluid with Inserted Tape. Universiti Malaysia Pahang. Available at: http://umpir.ump.edu.my/id/eprint/1905/1/Nur_Ashikin_Usri_(_CD_4989_).pdf
  11. Rudyak, V. Y., Belkin, A. A., Tomilina, E. A. (2010). On the thermal conductivity of nanofluids. Technical Physics Letters, 36 (7), 660–662. doi: https://doi.org/10.1134/s1063785010070229
  12. Saidur, R., Leong, K. Y., Mohammed, H. A. (2011). A review on applications and challenges of nanofluids. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15 (3), 1646–1668. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.11.035
  13. Yadav, A. S. (2009). Effect of Half Length Twisted-Tape Turbulators on Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics inside a Double Pipe U-Bend Heat Exchanger. Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering, 3 (1), 17–22. Available at: https://www.researchgate.net/publication/237250067_Effect_of_Half_Length_Twisted-Tape_Turbulators_on_Heat_Transfer_and_Pressure_Drop_Characteristics_inside_a_Double_Pipe_U-Bend_Heat_Exchanger
  14. Habeeb, L. J., Saleh, F. A., Maajel, B. M. (2017). Experimental investigation of laminar convective heat transfer and pressure drop of AL2O3/water nanofluid in circular tube fitted with twisted tape insert. International Journal of Energy Applications and Technologies, 4 (2), 73–86. Available at: https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/333724
  15. Yi-min, H., Yong-shou, L., Bao-hui Li, Yan-jiang, L., Zhu-feng, Y. (2010). Natural frequency analysis of fluid conveying pipeline with different boundary conditions. Nuclear Engineering and Design, 240 (3), 461–467. doi: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2009.11.038
  16. Mahmood, N. (2011). Study of the Response of a Conduit Conveying Fluid Due to a Forced Vibration. University of Technology, 198.
  17. Habeeb, L., Saleh, F., Maajel, B. (2019). CFD modeling of laminar flow and heat transfer utilizing Al2O3/water nanofluid in a finned-tube with twisted tape. FME Transactions, 47 (1), 89–100. doi: https://doi.org/10.5937/fmet1901089h
  18. Buongiorno, J. (2006). Convective Transport in Nanofluids. Journal of Heat Transfer, 128 (3), 240–250. doi: https://doi.org/10.1115/1.2150834
  19. Wang, X., Xu, X., Choi, S. U. S. (1999). Thermal Conductivity of Nanoparticle - Fluid Mixture. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 13 (4), 474–480. doi: https://doi.org/10.2514/2.6486
  20. ANSYS FLUENT 12.0 Theory Guide (2009). ANSYS, Inc. Available at: https://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/th/main_pre.htm
  21. Shih, T.-H., Liou, W. W., Shabbir, A., Yang, Z., Zhu, J. (1995). A new k-ϵ eddy viscosity model for high reynolds number turbulent flows. Computers & Fluids, 24 (3), 227–238. doi: https://doi.org/10.1016/0045-7930(94)00032-t
  22. ANSYS FLUENT 12.0 User's Guide (2009). ANSYS, Inc. Available at: https://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/ug/main_pre.htm
  23. Benra, F.-K., Dohmen, H. J., Pei, J., Schuster, S., Wan, B. (2011). A Comparison of One-Way and Two-Way Coupling Methods for Numerical Analysis of Fluid-Structure Interactions. Journal of Applied Mathematics, 2011, 1–16. doi: https://doi.org/10.1155/2011/853560
  24. Gambill, W. R., Bundy, R. D. (1962). An Evaluation of the Present Status of Swirl-Flow Heat Transfer. ASME Paper No. 62-HT-42, pp. 1–12.
  25. Hong, S. W., Bergles, A. E. (1976). Augmentation of Laminar Flow Heat Transfer in Tubes by Means of Twisted-Tape Inserts. Journal of Heat Transfer, 98 (2), 251–256. doi: https://doi.org/10.1115/1.3450527

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-30

Як цитувати

Mustafa, M. A., Abdullah, A. R., Hasan, W. K., Habeeb, L. J., & Nassar, M. F. (2021). Дослідження двосторонньої взаємодії рідини з конструкцією скрученої стрічкової вставки в круглій трубі з литими ребрами з нанорідиною. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(8(111), 25–34. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.234125

Номер

Том 3 № 8(111) (2021): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Mustafa Abdulsalam Mustafa, Atheer Raheem Abdullah, Wajeeh Kamal Hasan, Laith J. Habeeb, Maadh Fawzi Nassar

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.