تاثير وجود پره و تغيير نسبت ابعادي بر جابجايي آزاد سيال بين حلقوي‌‌هاي هم محور

Effects of Fin Presence and change the Aspect Ratio on Natural Convection in Coaxial Annuli

در مقاله حاضر، به بررسي عددي اثر وجود پره‌هاي دندانه‌‌اي بر انتقال حرارت جابجايي آزاد بين حلقوي‌هاي هم مركز پرداخته شده است. كانال خارجي در حلقوي‌هاي مورد بررسي، دايره‌اي بوده و كانال‌هاي داخلي شامل سه سطح مقطع دايره‌اي، مربعي و مثلثي است. مساحت حلقوي‌ها و همچنين قطر كانال بيروني حلقوي به عنوان يك قيد هندسي در تمامي موارد مورد بررسي در اين پژوهش يكسان فرض شده است. مساحت پره‌ها نيزيكسان است و بر روي سطح داخلي قرار گرفته اند تا بتوان اثر آن‌ها را بر خواص گرمايي حلقوي با شرط مرزي دما ثابت روي سطوح آن و در بازه اعداد رايلي بين 105 تا 108 مقايسه نمود. نتايج نشان داد كه با افزايش عدد رايلي و در نتيجه سرعت، ضريب انتقال حرارت جابجايي سطوح افزايش پيدا مي‌كند. با اين وجود، حضور پره‌‌ها مقادير ضريب انتقال حرارت كانال داخلي را تا حدود 50% كاهش داده در حاليكه اين ضريب براي كانال خارجي افزايش مي‌يابد. همچنين براي حلقوي دايره‌اي با افزايش عدد رايلي در دو حالت بدون پره و پره‌دار، عدد ناسلت به ترتيب حدود 71 % و 64% افزايش دارد و به‌طور كلي وجود پره‌ها باعث افزايش 13 درصدي نرخ انتقال حرارت نسبت به حالت بدون پره از سطوح حلقوي‌ها شده است.

In the present paper, the effect of fins presence on natural convection between coaxial annuli was investigated, numerically. The external duct was circular and the internal ducts included three circular, square, and triangular cross sections for discussed annuli. As a geometrical constraint, both cross section area and diameter of external duct of annuli were considered equivalent for all investigated cases. The area of fins installed on the internal ducts was constant, and their effects on thermal behavior of annuli were compared by considering the constant wall temperature boundary condition for surfaces in the range of 105≤Ra≤108. The results showed that with increase of Rayleigh number and consequently velocity, the heat transfer coefficient was increased for both surfaces. However, the presence of fins reduced the values of heat transfer coefficient of internal ducts about 50%, while they increased those values for external ducts. Also, in the case of circular annulus, with increase of Rayleigh number, the Nusselt number increased about 71% and 64% for non-finned and finned ones, respectively. As a result, fins increased the overall heat transfer rate of both surfaces of annuli about 13% in comparison with non-finned surfaces. It was also found that increasing the aspect ratio of coaxial annuli increases heat transfer.