بررسي عددي تاثير محرك پلاسما بر ميدان جريان و ضريب انتقال حرارت در يك كانال مسطح

Numerical investigation of the plasma actuator effects on the flow field and heat transfer coefficient in a flat channel

يكي از راه‌هاي نوين توليد گردابه به روش فعال به منظور افزايش نرخ انتقال حرارت، استفاده از محرك پلاسما است كه به وسيله تزريق مومنتم به لايه مرزي باعث ايجاد اغتشاش در جريان و توليد گردابه مي شود. در مقاله حاضر، مشخصه‌هاي ميدان جريان و دما از قبيل تابع جريان و ضريب انتقال حرارت در يك كانال مسطح تحت شار حرارتي ثابت، بدون حضور و همچنين تحت تاثير محرك پلاسما در شرايط دو بعدي، آشفته، تراكم ناپذير و پايدار به روش حجم محدود به صورت عددي مورد بررسي قرار گرفته است. در اين بررسي رينولدزهاي مختلف جريان ورودي در ولتاژهاي متفاوت در نظر گرفته شده است و محرك پلاسما در وسط ناحيه تحت شار حرارتي قرار داده شده است و تاثير آن بر تابع جريان و ضريب انتقال حرارت مشاهده شده است. در ابتدا نتايج عددي حاضر با نتايج عددي براي يك كانال مسطح مقايسه شده كه از تطابق مناسبي برخوردار مي‌باشد. نتايج عددي نشان مي دهد كه در يك رينولدز مشخص، با افزايش ولتاژ ضريب انتقال حرارت افزايش مي‌يابد، اما در يك ولتاژ ثابت با افزايش سرعت ورودي جريان، ضريب انتقال حرارت تا رينولدز 250 نرخ صعودي و پس از آن به دليل كاهش اثر گردابه حاصل از پلاسما سير نزولي دارد. همچنين سرعت جريان ورودي بر روي ابعاد گردابه توليد شده تاثيرگذار مي باشد. طبق نتايج به-دست آمده مي‌توان يك حالت بهينه بين ولتاژ اعمالي و رينولدز جريان ورودي يافت.

Plasma actuator is one of the newest ways in vortex generation and flow control techniques that can enhance heat transfer rate by inducing external momentum to the boundary layer of the flow. In this paper, a 2-D numerical approach was implemented to analyze the presence of plasma actuator on the incompressible, turbulent, steady flow in a flat channel. In this approach, the flow field and heat transfer characteristics such as the stream function and heat transfer coefficient were evaluated through a variety of Reynolds number, in the presence and absence of applied voltages. The present computed results are first compared with the numerical data in case of rectangular flat channel and the results agree very well. The numerical results indicate that at a constant Reynolds number with the presence of a plasma actuator, the heat transfer coefficient will be increased but in a constant applied voltage the heat transfer coefficient will increase to the Reynolds of 250 and then will decrease, respectively. In addition, the size of generated vortexes significantly depends on the applied voltage and the upstream flow speed. On the other hand, according to the results, the flow speed affects the size of generated vortex and the actuator effect disappears at high Reynolds. According to the results, an optimized point for the applied voltage and flow speed exists.