شبيه‌سازي جريان و انتقال حرارت سيال غيرنيوتني گذرنده از روي سيلندر دايروي چرخان با روش شبكه بولتزمن

Simulation of Non-Newtonian Flow and Heat Transfer over a Rotating Circular Cylinder using Lattice Boltzmann Method

در مطالعه حاضر انتقال گرما در سيال غيرنيوتني گذرنده از سيلندر دايروي چرخان با روش شبكه بولتزمن شبيه سازي شده است. رژيم جريان ناپايا دو بعدي در 100 =Re و 20=Pr براي شاخص­ هاي سيال غيرنيوتني مدل تواني (n≥0/4≥1/8) و سرعت هاي چرخشي بي بعد (3≤β≤0) بررسي شده است. اثرات سرعت چرخشي بي ­بعد سيلندر و شاخص تواني بر روي كانتور گردابه، كانتور دما، نوسلت موضعي، نوسلت ميانگين سطح و عدد نوسلت ميانگين سطح-تناوبي، با جزئيات، مطالعه شده است. نتايج نشان مي ­دهد كه با تغيير خواص سيال از نيوتني به سمت سيال غليظ شونده برشي كانتور دما كشيده ­تر و پهن­ تر مي­ گردد در حاليكه با تغييرخواص از نيوتني به رقيق شونده برشي عكس اين روند مشاهده مي­ شود. با افزايش نسبت سرعت چرخشي بي­ بعد، ميدان جريان و ميدان دما پايا مي­شوند، كه اين روند براي سيالات نيوتني و غيرنيوتني مشابه مي­ باشد. ديده مي ­شود كه با افزايش خواص رقيق شونده برشي و ضخيم شونده برشي در سيالات، آهنگ انتقال گرما ازسطح سيلندر دايروي به ترتيب افزايش و كاهش مي­يابد. همچنين، نتايج نشان مي­ دهد كه با افزايش سرعت چرخشي بي­بعد آهنگ انتقال گرما از سطح سيلندر كاهش مي ­يابد.

In the current study, the non-Newtonian flow over a cylinder is simulated using the lattice Boltzmann method. Two-dimensional unsteady flow at Re=100 and Pr=20 for different non-Newtonian power-law indices (0.4≤n≤1.8) and rotational ratios (0≤β≤3) is investigated. The effects of dimensionless rotational ratio and the power–law index on the vorticity contour, isotherm contour, local Nusselt number, average Nusselt number, periodic average Nusselt number and periodic-surface average Nusselt number are studied in detail. The results show that the fluid behavior changes from Newtonian to shear-thickening, the isotherms contour become elongated and wide, while the change in the liquid behavior from Newtonian to shear-thinning shows the reverse influence on the isotherm patterns. As dimensionless rotational ratio increases, the fluid and the thermal fields become steady. This behavior occurs in both Newtonian and non-Newtonian fluids. It is found that the increment of the shear-thinning and shear thickening of the fluid leads to the increase and decrease of heat transfer rate of circular cylinder surface, respectively. Results also show that the heat transfer rate of circular cylinder surface decreases with increasing of dimensionless rotational ratio.