مکانیک ساختارهای هوشمند

مکانیک ساختارهای هوشمند

بررسی عددی اثر هندسه بافل بر ‏انتقال حرارت و افت فشار در ‏میکروکانال‌های حاوی سیالات ‏نیوتنی و غیرنیوتنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی قم، قم ایران
2 دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران
3 دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
10.30511/jmms.2025.2074024.1024
چکیده
در این پژوهش، اثر هندسه‌های مختلف بافل شامل مربعی، مثلثی، مستطیلی و دایره‌ای بر جریان و انتقال حرارت در یک میکروکانال بررسی شده است. تحلیل عددی با استفاده از نرم‌افزار انسیس فلوئنت انجام گرفته است. سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی (کربوکسی‌متیل‌سلولز) با غلظت‌های ۱ و ۲ درصد در عدد رینولدز ۲۰۰ شبیه‌سازی شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که هندسه بافل تأثیر چشمگیری بر جدایش جریان، تشکیل گردابه‌ها و انتقال حرارت دارد. بافل مثلثی بیشترین عدد ناسلت و قوی‌ترین گردابه‌ها را ایجاد کرده است، در حالی‌که هندسه‌های مستطیلی و نیم‌دایره‌ای اثر کمتری داشته‌اند. بافل مربعی نیز با ایجاد گردابه‌های پایدار، تعادل مطلوبی میان بهبود انتقال حرارت و افت فشار برقرار کرده است. افزایش عدد رینولدز موجب بهبود عدد ناسلت و عملکرد کلی سامانه شده است. برای سیال غیرنیوتنی با غلظت ۲ درصد، شاخص عملکرد در همه هندسه‌ها بیش از یک بوده که نشان‌دهنده بهبود کارایی حرارتی–هیدرولیکی است. در مجموع، بیشترین انتقال حرارت توسط بافل مثلثی و بهترین عملکرد کلی توسط بافل مربعی حاصل شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical study of the effect of baffle geometry on heat transfer ‎and pressure drop in microchannels containing Newtonian and ‎non-Newtonian fluids

نویسندگان English

Hamid-Reza Farzadnia 1
Hamid-Reza Bahrami 2
Mahziyar Ghaedi 3
1 Qom University of Technology, Qom, Iran
2 Qom University of Technology, Qom, Iran
3 Iran University of Science and Technology, Thehran, Iran
چکیده English

In this study, the effects of different baffle geometries, including square, triangular, rectangular, and circular, on the flow and heat transfer in a microchannel are investigated. Numerical simulations are performed using ANSYS Fluent. Both Newtonian and non-Newtonian fluids (carboxymethyl cellulose) with concentrations of 1% and 2% are analyzed at a Reynolds number of 200. The results indicate that baffle geometry significantly influences flow separation, vortex formation, and heat transfer. The triangular baffle generates the strongest vortices and the highest Nusselt number, while rectangular and semicircular baffles show less pronounced effects. The square baffle produces stable vortices and achieves a favorable balance between heat transfer enhancement and pressure drop. Increasing the Reynolds number improves the Nusselt number and overall performance. For the 2% non-Newtonian fluid, the performance index exceeds unity for all geometries, indicating enhanced thermo-hydraulic efficiency. Overall, the triangular baffle achieves the highest heat transfer, whereas the square baffle provides the best overall performance.

کلیدواژه‌ها English

Newtonian fluids
non-Newtonian fluids
heat transfer
liquid coolant
sudden expansion

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 15 آبان 1404