پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 8 |
| تعداد شماره‌ها | 428 |
| تعداد مقالات | 5,579 |
| تعداد مشاهده مقاله | 6,867,741 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 5,833,383 |
بررسی عددی تأثیر لایه پوششی متخلخل روی صفحه انتقال حرارت در جریان آرایه جت‌های برخوردی | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| دوره 55، شماره 3، خرداد 1402، صفحه 337-358 اصل مقاله (2.42 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2023.21640.7481 | ||
| نویسندگان | ||
| سعید خادمی؛ مجید بازارگان* | ||
| دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| آرایه جت‌های برخوردی قادر به افزایش انتقال حرارت در سراسر سطح برخورد هستند. یکی از چالش‌های اساسی در این روش، دشواری تأمین توزیع یکنواخت گرما روی صفحه هدف است. پژوهش عددی کنونی، تأثیر خصوصیات صفحه متخلخل در بستر کانال جریان را بر یکنواختی توزیع گرما روی سطح برخورد جت‌ها بررسی می‌کند. پارامترهای مورد مطالعه شامل تخلخل، نفوذپذیری و ضخامت لایه متخلخل است. ضریب ارزیابی عملکرد برای در نظر گرفتن هم‌زمان مقدار انتقال حرارت و میزان یکنواختی توزیع آن روی صفحه‌ی هدف پیشنهاد شده است. نتایج نشان می‌دهند در میان انواع سناریوهای مطالعه شده، پایین‌ترین ضریب عملکرد کلی انتقال حرارت برابر 0/0731 و مربوط به موردی است که لایه متخلخل به طور کامل بستر کانال را پوشش داده و ضرایب نفوذپذیری و تخلخل هر دو در کمترین مقدار خود به ترتیب 12-10×1/76k= و 0/2=ԑ هستند. با این حال هنگامی که ضخامت لایه متخلخل نیمی از عمق کانال را در بر می‌گیرد و ضرایب تخلخل و نفوذپذیری محیط متخلخل به ترتیب در بالاترین (0/8=ԑ) و پایین‌ترین (12-10×1/76k=) مقادیر خود هستند، بهترین عملکرد کلی انتقال گرما معادل با مقدار 23/45 فراهم می‌شود. این پژوهش نشان می‌دهد به کارگیری چیدمان مختلف برای محیط متخلخل می‌تواند روشی موثر برای تأمین توزیع یکنواخت‌تر گرما با حفظ نرخ انتقال حرارت بالا در جریان جت‌های برخوردی چندگانه باشد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| آرایه جت برخوردی؛ ضریب عملکرد حرارت؛ یکنواختی انتقال حرارت؛ محیط متخلخل؛ بررسی پارامتری | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Numerical investigation of the effect of the porous coating layer on the heat transfer plate in the flow of impinging jet array | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Saeed Khademi؛ Majid Bazargan | ||
| Mechanical Engineering Faculty, K. N. Toosi University of Technology | ||
| چکیده [English] | ||
| The main objective of the current numerical research is to study the effects of covering the impingement surface by a porous layer in order to increase the heat uniformity throughout the surface without losing the advantage of high heat transfer rates in a multiple impinging jet flow. The porosity, permeability and thickness of the porous layer are considered. The results show that among the scenarios studied, the highest overall heat transfer performance coefficient is equal to 23.45 and corresponds to the case where the porous layer covers half of the depth of the channel and the porosity and permeability of the porous medium are at their highest (ԑ=0.8) and lowest (k=1.76*10-12) values, respectively. This study shows that using different arrangement for porous media can lead to a more uniform heat generation rate while maintaining high heat transfer in the flow of multiple impinging jets.. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Impingement jet array, heat performance coefficient, heat uniformity, porous media, parametric study | ||
| مراجع | ||
|
[1] G. Weinberger, Y. Yemane, Experimental and numerical study of entrainment phenomena in an impinging jet, the University of Gavle, Department of technology and the built environment, Master’s thesis in energy systems, 2010. [2] J. Ferrari, N. Lior, J. Slycke, An evaluation of gas quenching of steel rings by multiple-jet impingement, Journal of materials processing technology, 136(1-3) (2003) 190-201. [3] J.-C. Han, Recent studies in turbine blade cooling, International journal of rotating machinery, 10(6) (2004) 443-457. [4] A. Pavlova, M. Amitay, Electronic cooling using synthetic jet impingement, International Journal of Heat Transfer, 128(9) (2006) 897-907. [5] P.S. Penumadu, A.G. Rao, Numerical investigations of heat transfer and pressure drop characteristics in multiple jet impingement system, Applied Thermal Engineering, 110 (2017) 1511-1524. [6] B. Weigand, S. Spring, Multiple jet impingement− a review, in: TURBINE-09. Proceedings of International Symposium on Heat Transfer in Gas Turbine Systems, Begel House Inc., 2009. [7] A.M. Huber, R. Viskanta, Effect of jet-jet spacing on convective heat transfer to confined, impinging arrays of axisymmetric air jets, International Journal of Heat and Mass Transfer, 37(18) (1994) 2859-2869. [8] J.-Y. San, M.-D. Lai, Optimum jet-to-jet spacing of heat transfer for staggered arrays of impinging air jets, International Journal of Heat and Mass Transfer, 44(21) (2001) 3997-4007. [9] D. Kercher, W. Tabakoff, Heat transfer by a square array of round air jets impinging perpendicular to a flat surface including the effect of spent air, International Journal of Eng. Power, 92(1) (1970) 37-82. [10] D. Metzger, L. Florschuetz, D. Takeuchi, R. Behee, R. Berry, Heat transfer characteristics for inline and staggered arrays of circular jets with crossflow of spent air, International Journal of Heat Transfer, 101(3) (1979) 526-531. [11] L.W. Florschuetz, R. Berry, D. Metzger, Periodic streamwise variations of heat transfer coefficients for inline and staggered arrays of circular jets with crossflow of spent air, International Journal of Heat Transfer, 102(1) (1980) 132-137. [12] Z.-X. Wen, Y.-L. He, X.-W. Cao, C. Yan, Numerical study of impinging jets heat transfer with different nozzle geometries and arrangements for a ground fast cooling simulation device, International Journal of Heat and Mass Transfer, 95 (2016) 321-335. [13] S. Debnath, M.H.U. Khan, Z.U. Ahmed, Turbulent swirling impinging jet arrays: A numerical study on fluid flow and heat transfer, Thermal Science and Engineering Progress, 19 (2020) 100580. [14] D. Qiu, C. Wang, L. Luo, S. Wang, Z. Zhao, Z. Wang, On heat transfer and flow characteristics of jets impinging onto a concave surface with varying jet arrangements, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 141 (2020) 57-68. [15] A.S. Rattner, General characterization of jet impingement array heat sinks with interspersed fluid extraction ports for uniform high-flux cooling, Journal of Heat Transfer, 139(8) (2017). [16] Z. Chi, R. Kan, J. Ren, H. Jiang, Experimental and numerical study of the anti-crossflows impingement cooling structure, International Journal of Heat and Mass Transfer, 64 (2013) 567-580. [17] S. Pati, A. Borah, M.P. Boruah, P.R. Randive, Critical review on local thermal equilibrium and local thermal non-equilibrium approaches for the analysis of forced convective flow through porous media, International communications in heat and mass Transfer, 132 (2022) 105889. [18] M.R. Salimi, M. Taeibi-Rahni, H. Rostamzadeh, Heat transfer and entropy generation analysis in a three-dimensional impinging jet porous heat sink under local thermal non-equilibrium condition, International Journal of Thermal Sciences, 153 (2020) 106348. [19] H. Namadchian, I. Zahmatkesh, S.M.A. Alavi, Numerical simulation of nanofluid flow in an annulus with porous baffles based on combination of Darcy-Brinkman-Forchheimer model and two-phase mixture model, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 53(3 (Special Issue) (2021) 1897-1914 [In Persian]. [20] F.T. Dórea, M.J. De Lemos, Simulation of laminar impinging jet on a porous medium with a thermal non-equilibrium model, International Journal of Heat and Mass Transfer, 53(23-24) (2010) 5089-5101. [21] K. Yogi, M.M. Godase, M. Shetty, S. Krishnan, S. Prabhu, Experimental investigation on the local heat transfer with a circular jet impinging on a metal foamed flat plate, International Journal of Heat and Mass Transfer, 162 (2020) 120405. [22] S.Y. Kim, M.H. Lee, K.-S. Lee, Heat removal by aluminum-foam heat sinks in a multi-air jet impingement, IEEE Transactions on components and packaging technologies, 28(1) (2005) 142-148. [23] A.P. Rallabandi, D.-H. Rhee, Z. Gao, J.-C. Han, Heat transfer enhancement in rectangular channels with axial ribs or porous foam under through flow and impinging jet conditions, International Journal of Heat and Mass Transfer, 53(21-22) (2010) 4663-4671. [24] H.-C. Sung, Y.-H. Liu, Heat transfer in rectangular channels with porous wire mesh under impinging jet conditions, International Journal of Thermal Sciences, 122 (2017) 92-101. [25] M.J. de Lemos, C. Fischer, Thermal analysis of an impinging jet on a plate with and without a porous layer, Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 54(11) (2008) 1022-1041. [26] H. Zhang, Z. Zou, Investigation of a confined laminar impinging jet on a plate with a porous layer using the preconditioned density-based algorithm, Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 61(4) (2012) 241-267. [27] G.A. Rao, Y. Levy, M. Kitron-Belinkov, Heat transfer characteristics of a multiple jet impingement system, in: 48th Israeli Aerospace Conference, 2009, pp. 5-7. [28] H. Heidary, M. Kermani, Enhancement of heat exchange in a wavy channel linked to a porous domain; a possible duct geometry for fuel cells, International communications in heat and mass transfer, 39(1) (2012) 112-120. [29] Y. Xing, S. Spring, B. Weigand, Experimental and numerical investigation of heat transfer characteristics of inline and staggered arrays of impinging jets, Journal of Heat Transfer, 132(9) (2010). [30] N. Zuckerman, N. Lior, Jet impingement heat transfer: physics, correlations, and numerical modeling, Advances in heat transfer, 39 (2006) 565-631. [31] N. Chougule, G. Parishwad, P. Gore, S. Pagnis, S. Sapali, CFD analysis of multi-jet air impingement on flat plate, in Proceedings of the world congress on Engineering, July 6 - 8, 2011, London, U.K, pp. 2078-0958. [32] F.R. Menter, Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications, AIAA journal, 32(8) (1994) 1598-1605. [33] M. Habibishandiz, M. Saghir, A critical review of heat transfer enhancement methods in the presence of porous media, nanofluids, and microorganisms, Thermal Science and Engineering Progress, (2022) 101267. [34] S.M. Hosseinalipour, S. Rashidzadeh, M. Moghimi, K. Esmailpour, Numerical study of laminar pulsed impinging jet on the metallic foam blocks using the local thermal non-equilibrium model, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 141 (2020) 1859-1874. [35] L. Florschuetz, D.E. Metzger, C. Truman, Jet array impingement with crossflow-correlation of streamwise resolved flow and heat transfer distributions, NASA Contractor Report (1981): 3373. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 411 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 621 |
||