تحليل وبهينه‌سازي جابه‌جايي حرارت دركانال‌هاي موج‌داربانگاهي نو به مدل‌سازي هندسي آن‌ها

A New Geometrical Modeling Approach in the Analysis and Optimization of Convection Heat Transfer in Wavy Channels

شكل مجراي جريان از طريق تاثيري كه بر رفتار جريان سيال دارد، بر پديده جابه‌جايي حرارت اثر مي‌گذارد. در اين پژوهش به بررسي جريان سيال آرام و پايدار درون يك كانال با ديواره‌هاي موج‌دار پرداخته مي‌شود. اگر كانال متشكل از يك واحد تكرار‌شونده در طول مسير باشد، شكل اين واحد را در حالت كلي مي‌توان تركيبي از يك ديفيوزر و يك نازل فرض كرد. در اين مقاله اثر چند پارامتر هندسي اين نازل‌ها و ديفيوزرهاي فرضي مانند طول/ شكل ديواره و ميزان عدم‌تقارن، بر افت فشار سيال و نرخ جابه‌جايي حرارت در يك كانال دو‌بعدي مطالعه شده است. جريان داخلي، لزج و غيرقابل تراكم و عدد رينولدز 200 در نظر گرفته شده است. مطالعه انجام شده حاكي از آن است كه افزايش طول نازل نسبت به ديفيوزر در يك واحد تكراري در امتداد كانال سبب افزايش عدد نوسلت متوسط ‌شده ولي عدم‌تقارن ديواره‌ها بسته به ميزان آن ممكن است سبب كاهش يا افزايش عدد نوسلت شود. به‌طور كلي در رينولدزهاي پايين، تغيير شكل ديواره‌ها مكانيزم موثري براي افزايش نرخ انتقال حرارت نيست. در‌عين حال، با انتخاب مناسب پارامترهاي هندسي نازل و ديفيوزر در يك واحد طولي كانال مي‌توان نرخ جابه‌جايي حرارت را افزايش داد. يك الگوريتم ژنتيك بهينه‌يابي به همين منظور معرفي و در حل يك مسيله نمونه به كار گرفته شده است.

Variation of the cross-sectional area of a channel affects the flow field and, therefore, convective heat transfer between the fluid and channel walls. In this paper, a geometrical model is proposed for a wavy channel carrying steady laminar flow of an incompressible fluid. The two-dimensional channel is modeled as a combination of a number of subsonic diffusers and nozzles. Effects of the geometrical characteristics such as length, boundary shape and symmetry of the channel, which describe the shape of these nozzles and diffusers, are investigated. Numerical studies at Re=200 show that the shape of the wall does not dramatically affect the convection heat transfer rate in the steady laminar regime. However, optimization studies can be carried out to change the shape of the channel and improve the average Nusselt number to some extent. It is shown that the average Nusselt number increases with the increase of the length of the diffuser part, but the asymmetry of the channel might increase or decrease the average Nusselt number. Finally, a genetic algorithm is introduced and used to optimize the geometrical parameters which describe the aforementioned nozzles and diffusers and, hence, the shape of the channel.