Аналіз нестаціонарної змішаної конвекції в горизонтальному каналі, частково нагрітому знизу

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238649

Ключові слова:

змішана конвекція, канал, рівномірний тепловий потік, число Річардсона, відкрита порожнина

Анотація

Явище теплової конвекції було досліджено чисельно (математично) для каналу, розташованого горизонтально і частково нагрітого при рівномірному тепловому потоці з примусовою і вільною тепловою конвекцією. Досліджуваний горизонтальний канал з впускним отвором для рідини і оболонкою піддавався впливу джерела тепла знизу, в той час як на верхній стороні каналу підтримувалася постійна температура, рівна температурі рідини на виході. У каналі передбачається нестаціонарний, ламінарний, нестисливий і змішаний конвективний потік. Тому поле потоку оцінюється за допомогою рівнянь Нав'є-Стокса, які включають наближення Буссінеска. При цьому температурне поле розраховується з використанням стандартної енергетичної моделі, де Re, Pr, Ri – число Рейнольдса, число Прандтля і число Річардсона відповідно. Число Рейнольдса (Re) варіювалося під час випробувань від 1 до 50 (1, 10, 25 і 50) для кожного конкретного випадку, число Річардсона (Ri) змінювалося від 1 до 25 (1, 5, 10, 15, 20, і 25). Середнє число Нуссельта (Nuav) збільшується експоненціально зі збільшенням числа Рейнольдса для кожного числа Річардсона, локальне число Нуссельта (NuI) зростає в точці нагріву. Потім поступово стабілізується до досягнення кінцевої точки каналу, в той час як локальне число Нуссельта збільшується зі зменшенням числа Рейнольдса. Крім того, лінії течії і ізотерми у випадку дуже низького значення числа Рейнольдса вказують на дуже низьку конвективну теплопередачу при всіх значеннях числа Річардсона. Більш того, поблизу джерела тепла збільшення швидкості потоку рідини збільшує конвективну теплопередачу, що пояснює поведінку числа Нуссельта з числом Рейнольдса, що вказує на те, що максимальне значення числа Nu дорівнює 6, 12, 27 і 31 при значеннях числа Re 1, 10, 25 і 50 відповідно

Спонсор дослідження

  • The author would like to acknowledge the support of the University of Technology (Baghdad-Iraq).

Біографія автора

Mahmoud A. Mashkour, University of Technology

Assistant Professor Doctor

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Kazem, H. A., Al-Waeli, A. H. A., Chaichan, M. T., Sopian, K. (2021). Numerical and experimental evaluation of nanofluids based photovoltaic/thermal systems in Oman: Using silicone-carbide nanoparticles with water-ethylene glycol mixture. Case Studies in Thermal Engineering, 26, 101009. doi: https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101009
  2. Abbas, H. M., Ali, I. M., Al-Najjar, H. M. T. (2021). Experimental Study of Electrical and Thermal Efficiencies of a Photovoltaic Thermal (PVT) Hybrid Solar Water Collector with and Without Glass Cover. Journal of Engineering, 27 (1), 1–15. doi: https://doi.org/10.31026/j.eng.2021.01.01
  3. Lee, B., Chu, W., Li, W. (2020). Effects of Process Parameters on Graphene Growth Via Low-Pressure Chemical Vapor Deposition. Journal of Micro and Nano-Manufacturing, 8 (3). doi: https://doi.org/10.1115/1.4048494
  4. Habeeb, L. J., Mutasher, D. G., Abd Ali, F. A. M. (2018). Solar Panel Cooling and Water Heating with an Economical Model Using Thermosyphon. Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering, 12 (3), 189–196.
  5. Wong, K.-C., Saeid, N. H. (2009). Numerical study of mixed convection on jet impingement cooling in a horizontal porous layer-using Brinkman-extended Darcy model. International Journal of Thermal Sciences, 48 (1), 96–104. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2008.03.006
  6. Al-Mousawe, S. T. M., Hadi, J. M., Hazim, S. M., Al-Qrimli, H. F., Habeeb, L. J. (2021). Combined Forced and Free Convection within an Enclosure Filled with a Porous Medium. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 44 (2), 293–305.
  7. Bhattacharyya, S., Sarkar, A., Das, S., Mullick, A. (2017). Computational studies of heat transfer enhancement in a circular wavy micro channel. Chemical Engineering Transactions, 62, 361–366. doi: https://doi.org/10.3303/CET1762061
  8. Bhattacharyya, S., Benim, A. C., Chattopadhyay, H., Banerjee, A. (2018). Experimental investigation of heat transfer performance of corrugated tube with spring tape inserts. Experimental Heat Transfer, 32 (5), 411–425. doi: https://doi.org/10.1080/08916152.2018.1531955
  9. Majdi, H. S., Abed, A. M., Habeeb, L. J. (2021). Mixed Convection Heat Transfer of CuO-H2O Nanofluid in a Triangular Lid-Driven Cavity with Circular Inner Body. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 44 (1), 164–175.
  10. Bahlaoui, A., Raji, A., Lamsaadi, M., Naïmi, M., Hasnaoui, M. (2007). Mixed Convection in a Horizontal Channel with Emissive Walls and Partially Heated from Below. Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 51 (9), 855–875. doi: https://doi.org/10.1080/10407780601112746
  11. Burgos, J., Cuesta, I., Salueña, C. (2016). Numerical study of laminar mixed convection in a square open cavity. International Journal of Heat and Mass Transfer, 99, 599–612. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.04.010
  12. Al-Zuhairy, R. C., Alturaihi, M. H., Abd Ali, F. A. M., Habeeb, L. J., (2020). Numerical Investigation of Heat Transfer in Enclosed Square Cavity. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 43 (6), 388–403.
  13. Ataei-Dadavi, I., Rounaghi, N., Chakkingal, M., Kenjeres, S., Kleijn, C. R., Tummers, M. J. (2019). An experimental study of flow and heat transfer in a differentially side heated cavity filled with coarse porous media. International Journal of Heat and Mass Transfer, 143, 118591. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118591
  14. Gowda, B. M. K., Rajagopal, M. S., Aswatha, Seetharamu, K. N. (2019). Heat transfer in a side heated trapezoidal cavity with openings. Engineering Science and Technology, an International Journal, 22 (1), 153–167. doi: https://doi.org/10.1016/j.jestch.2018.04.017
  15. García, F., Treviño, C., Lizardi, J., Martínez-Suástegui, L. (2019). Numerical study of buoyancy and inclination effects on transient mixed convection in a channel with two facing cavities with discrete heating. International Journal of Mechanical Sciences, 155, 295–314. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.03.001
  16. Laouira, H., Mebarek-Oudina, F., Hussein, A. K., Kolsi, L., Merah, A., Younis, O. (2019). Heat transfer inside a horizontal channel with an open trapezoidal enclosure subjected to a heat source of different lengths. Heat Transfer-Asian Research, 49 (1), 406–423. doi: https://doi.org/10.1002/htj.21618
  17. Abaas, A. A. A., Hussain, H. M., Saieed, A. N. A., Habeeb, L. J., Jalghaf, H. K. (2020). Computational Investigation on Free and Forced Convection inside an Enclosure. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 43 (5), 318–331.
  18. Mustafa, M. A. S., Jassim, L., Jasim, N. Y., Habeeb, L. J. (2020). Combined Free and Forced Convection inside an Enclosure. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 43 (6), 472–486.
  19. Bahoosh, R., Mohamadi, F., Karimi, M. (2015). Numerical Investigation of Natural Convection in a Square Cavity with Tilting Walls. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 29 (4), 725–731. doi: https://doi.org/10.2514/1.t4467
  20. Hamid, M., Usman, M., Khan, Z. H., Haq, R. U., Wang, W. (2019). Heat transfer and flow analysis of Casson fluid enclosed in a partially heated trapezoidal cavity. International Communications in Heat and Mass Transfer, 108, 104284. doi: https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2019.104284
  21. Hussein, M., Kalash, A., Al-Beldawee, I., Habeeb, L. (2019). Numerical Investigation of Free Convection Heat Transfer from Two-Dimensional Rectangular Enclosure with Discrete Isothermal Heating from Bottom Side. International Journal of Heat and Technology, 37 (4), 1141–1150. doi: https://doi.org/10.18280/ijht.370424
  22. Mohammed, A. A., Al- Musawi, S. T. M., Ayed, S. K., Alkhatat, A., Habeeb, L. J. (2020). Natural Convection Heat Transfer In Horizontal Elliptic Cavity With Eccentric Circular Inner Cylinder. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 43 (7), 340–355.
  23. Alguboori, A. R., Al-azzawi, M. M., Kalash, A. R., Habeeb, L. J. (2020). Natural Convection Heat Transfer in an Inclined Elliptic Enclosure with Circular Heat Source. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 43 (6), 207–222.
  24. Al-azzawi, M. M., Abdullah, A. R., Majel, B. M., Habeeb, L. J. (2021). Experimental Investigation of the Effect of Forced Vibration on Natural Convection Heat Transfer in a Concentric Vertical Cylinder. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 44 (3), 56–65.
  25. Alturaihi, M. H., Jassim, L., ALguboori, A. R., Habeeb, L. J., Jalghaf, H. K. (2020). Porosity Influence on Natural Convection Heat Transfer from a Heated Cylinder in a Square Porous Enclosure. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 43 (6), 236–254.
  26. Habeeb, L. J. (2012). Free Convective Heat Transfer in an Enclosure Filled with Porous media with and without Insulated Moving Wall. World Academy of Science, Engineering and Technology 69 2012. ICAMAME 2012: International Conference on Aerospace, Mechanical, Automotive and Materials Engineering. Berlin.
  27. Mahmood, M. A., Mustafa, M. A., M. Al-Azzawi, M., Abdullah, A. R. (2020). Natural Convection Heat transfer in a Concentric Annulus Vertical Cylinders embedded with Porous Media. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 66 (2), 65–83.
  28. Ayed, S. K., Al guboori, A. R., Hussain, H. M., Habeeb, L. J. (2021). Review On Enhancement Of Natural Convection Heat Transfer Inside Enclosure. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 44 (1), 123–134.
  29. Mashkour, M. A., Hadi, J. M., Jary, A. M., Habeeb, L. J. (2021). Review on Natural Convection Heat Transfer in an Enclosures and Cavities. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 44 (6), 372–378.
  30. Chen, Y. C., Chung, J. N., Wu, C. S., Lue, Y. F. (2000). Non-Darcy mixed convection in a vertical channel filled with a porous medium. International Journal of Heat and Mass Transfer, 43 (13), 2421–2429. doi: https://doi.org/10.1016/s0017-9310(99)00299-9
  31. Jumah, R. Y., Fawzi, A., Abu‐Al‐Rub, F. (2001). Darcy‐Forchheimer mixed convection heat and mass transfer in fluid saturated porous media. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, 11 (6), 600–618. doi: https://doi.org/10.1108/09615530110399503
  32. Wong, K.-C., Saeid, N. H. (2009). Numerical study of mixed convection on jet impingement cooling in a horizontal porous layer under local thermal non-equilibrium conditions. International Journal of Thermal Sciences, 48 (5), 860–870. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2008.06.004

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-08-31

Як цитувати

Mashkour, M. A. (2021). Аналіз нестаціонарної змішаної конвекції в горизонтальному каналі, частково нагрітому знизу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8(112), 16–22. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238649

Номер

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання