Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân Tích Tác Động Của Hình Dạng Hình Học Đến Quản Lý Nhiệt Của Các Chất Lỏng Thực Tế Sử Dụng Các Buồng Vuông và Tròn
Tóm tắt
Hiệu suất làm nóng hoặc làm mát của các hệ thống nhiệt đối lưu phụ thuộc rất lớn vào hình dáng/ cấu hình hình học của chúng bên cạnh các yếu tố kiểm soát khác. Bài viết này nhằm mục đích đánh giá tác động của hình dạng đến hiệu suất nhiệt, sử dụng các hệ thống vuông và tròn trong cấu hình làm nóng khác biệt cổ điển. Việc so sánh hiệu suất của các hệ thống được thực hiện bằng cách áp dụng các ràng buộc về thể tích chất lỏng giống hệt nhau, bề mặt làm nóng và làm mát, cùng với độ nghiêng của buồng cho cả hai hệ thống. Nghiên cứu đề cập đến các chất lỏng làm việc thông dụng nhất là không khí, nước, và một loại nanofluid dựa trên nước. Đối với loại phân tích hệ thống nhiệt này, phương pháp số được lựa chọn một cách hợp lý để tạo ra một khối lượng lớn kết quả đã được giải. Số Prandtl, số Rayleigh, nồng độ nanofluid, và phương hướng của buồng được sử dụng làm tham số hệ thống, và nghiên cứu chỉ ra tác động mạnh mẽ của hình dạng buồng. Nhìn chung, hiệu suất nhiệt và sự lưu thông phát triển (do sự làm nóng khác biệt) được cho là vượt trội với buồng tròn so với cấu hình buồng vuông tương đương. Phân tích xác nhận rằng việc điều chỉnh hình học là lựa chọn tốt hơn để đạt được sự truyền nhiệt tốt hơn; việc cải thiện truyền nhiệt có thể lên tới $$\sim 22.21{\%}$$ (khi buồng nằm ngang), 24.11% (với buồng nghiêng) khi không khí được sử dụng làm môi trường làm việc. Hơn nữa, có sự cải thiện trong truyền nhiệt với buồng tròn được điều chỉnh lên tới 2.76% (với buồng nằm ngang), 15.19% (với buồng nghiêng) sử dụng nanofluid. Động lực học dòng nhiệt từ phía làm nóng sang phía làm mát cũng được khảo sát bằng cách sử dụng các đường nhiệt của Bejan. Kết quả của nghiên cứu này sẽ hỗ trợ cho nhà thiết kế trong việc mô hình hóa thiết bị nhiệt với các khía cạnh kiểm soát khác nhau từ một góc độ quản lý nhiệt phù hợp.
Từ khóa
#hệ thống nhiệt đối lưu #hình dạng hình học #hiệu suất nhiệt #chất lỏng làm việc #nanofluidTài liệu tham khảo
citation_journal_title=Appl. Energy; citation_title=A review of solar collectors and thermal energy storage in solar thermal applications; citation_author=Y Tian, CY Zhao; citation_volume=104; citation_publication_date=2013; citation_pages=538-553; citation_doi=10.1016/j.apenergy.2012.11.051; citation_id=CR1
citation_journal_title=Int. J. Heat Mass Transf.; citation_title=Studies on natural convection within enclosures of various (non-square) shapes—a review; citation_author=D Das, M Roy, T Basak; citation_volume=106; citation_publication_date=2017; citation_pages=356-406; citation_doi=10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.08.034; citation_id=CR2
citation_journal_title=Phys. Fluids; citation_title=Multiplicity of solution for natural convective heat transfer and entropy generation in a semi-elliptical enclosure; citation_author=UK Sarkar, N Biswas, HF Öztop; citation_volume=33; citation_publication_date=2021; citation_doi=10.1063/5.0037260; citation_id=CR3
citation_journal_title=Int. J. Numer. Methods Heat Fluid Flow; citation_title=A comprehensive review on natural convection flow and heat transfer: the most practical geometries for engineering applications; citation_author=A Rahimi, AD Saee, A Kasaeipoor, EH Malekshah; citation_volume=29; citation_issue=3; citation_publication_date=2019; citation_pages=834-877; citation_doi=10.1108/HFF-06-2018-0272; citation_id=CR4
citation_journal_title=Int. Commun. Heat Mass Transf.; citation_title=Merit of non-uniform over uniform heating in a porous cavity; citation_author=N Biswas, PS Mahapatra, NK Manna; citation_volume=78; citation_publication_date=2016; citation_pages=135-144; citation_doi=10.1016/j.icheatmasstransfer.2016.09.001; citation_id=CR5
citation_journal_title=Sadhana; citation_title=Transport phenomena in a sidewall-moving bottom-heated cavity using heatline; citation_author=N Biswas, NK Manna; citation_volume=42; citation_issue=2; citation_publication_date=2017; citation_pages=193-211; citation_doi=10.1007/s12046-016-0586-4; citation_id=CR6
citation_journal_title=Eur. Phys. J. Plus; citation_title=A review of flow and heat transfer in cavities and their applications; citation_author=AA Hussien, W Al-Kouz, ME Hassan, AA Janvekar, AJ Chamkha; citation_volume=136; citation_publication_date=2021; citation_pages=353; citation_doi=10.1140/epjp/s13360-021-01320-3; citation_id=CR7
citation_journal_title=J. Heat Transf.; citation_title=Natural convection in a quadrantal cavity heated and cooled on adjacent walls; citation_author=O Aydin, G Yesiloz; citation_volume=133; citation_issue=5; citation_publication_date=2011; citation_pages=052501-052507; citation_doi=10.1115/1.4003044; citation_id=CR8
citation_journal_title=SN Appl. Sci.; citation_title=Magneto-thermal convection in typical thermal cavities with aspiration; citation_author=N Biswas, NK Manna, AJ Chamkha; citation_volume=2; citation_issue=1911; citation_publication_date=2020; citation_pages=1-25; citation_id=CR9
citation_journal_title=J. Heat Transf.; citation_title=Natural convection in enclosures; citation_author=O Ostrach; citation_volume=110; citation_publication_date=1988; citation_pages=1175-1190; citation_doi=10.1115/1.3250619; citation_id=CR10
L. Lukose, T. Basak, Numerical heat flow visualization analysis on enhanced thermal processing for various shapes of containers during thermal convection. Int. J. Numer. Methods Heat Fluid Flow 30(7), 3535–3583 (2020)
citation_journal_title=J. Heat Transf.; citation_title=Convection heat transfer in electronic equipment cooling; citation_author=FP Incropera; citation_volume=110; citation_publication_date=1988; citation_pages=1097-1111; citation_doi=10.1115/1.3250613; citation_id=CR12
citation_journal_title=Appl. Therm. Eng.; citation_title=Role of distributed/discrete solar heaters for the entropy generation studies in the square and triangular cavities during natural convection; citation_author=D Das, T Basak; citation_volume=113; citation_publication_date=2017; citation_pages=1514-1535; citation_doi=10.1016/j.applthermaleng.2016.11.042; citation_id=CR13
citation_journal_title=Int. Commun. Heat Mass Transf.; citation_title=Thermal management of heating element in a ventilated enclosure; citation_author=N Biswas, PS Mahapatra, NK Manna; citation_volume=66; citation_publication_date=2015; citation_pages=84-92; citation_doi=10.1016/j.icheatmasstransfer.2015.05.018; citation_id=CR14
citation_journal_title=Int. J. Heat Mass Transf.; citation_title=Enhanced convective heat transfer in lid-driven porous cavity with aspiration; citation_author=N Biswas, PS Mahapatra, NK Manna; citation_volume=114; citation_publication_date=2017; citation_pages=430-452; citation_doi=10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.06.078; citation_id=CR15
citation_journal_title=J. Therm. Anal. Calorim.; citation_title=Thermal management of transverse magnetic source effects on nanofluid natural convection in a wavy porous enclosure; citation_author=H Hamzah, A Albojamal, B Sahin, K Vafai; citation_volume=143; citation_publication_date=2021; citation_pages=2851-2865; citation_doi=10.1007/s10973-020-10246-4; citation_id=CR16
citation_journal_title=Meccanica; citation_title=Buoyancy-driven fluid and energy flow in protruded heater enclosure; citation_author=N Biswas, PS Mahapatra, NK Manna; citation_volume=51; citation_publication_date=2016; citation_pages=2159-2184; citation_doi=10.1007/s11012-016-0366-6; citation_id=CR17
citation_journal_title=Int. J. Heat Mass Transf.; citation_title=Numerical investigation of magnetohydrodynamic natural convection heat transfer and entropy generation in a rhombic enclosure filled with Cu-water nanofluid; citation_author=S Dutta, N Goswami, AK Biswas, S Pati; citation_volume=136; citation_publication_date=2019; citation_pages=777-798; citation_doi=10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.03.024; citation_id=CR18
citation_journal_title=J. Magn. Magn. Mater.; citation_title=Insight into the dynamics of ferrohydrodynamic (FHD) and magnetohydrodynamic (MHD) nanofluids inside a hexagonal cavity in the presence of a non-uniform magnetic field; citation_author=M Ghalambaz, M Sabour, S Sazgara, I Pop, R Trâmbitas; citation_volume=497; citation_publication_date=2020; citation_doi=10.1016/j.jmmm.2019.166024; citation_id=CR19
citation_journal_title=Int. J. Numer. Methods Heat Fluid Flow; citation_title=MHD natural convection of Cu/H
O nanofluid in a horizontal semi-cylinder with a local triangular heater; citation_author=AS Dogonchi, MA Sheremet, I Pop, DD Ganji; citation_volume=28; citation_issue=12; citation_publication_date=2018; citation_pages=2979-2996; citation_doi=10.1108/HFF-04-2018-0160; citation_id=CR20
citation_journal_title=Int. J. Heat Mass Transf.; citation_title=A review of entropy generation in nanofluid flow; citation_author=O Mahian, A Kianifar, C Kleinstreuer, MA Al-Nimr, I Pop, AZ Sahin, S Wongwises; citation_volume=65; citation_publication_date=2013; citation_pages=514-532; citation_doi=10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.06.010; citation_id=CR21
citation_journal_title=Int. J. Numer. Methods Heat Fluid Flow; citation_title=A comprehensive review on natural convection flow and heat transfer: the most practical geometries for engineering applications; citation_author=A Rahimi, AD Saee, A Kasaeipoor, EH Malekshah; citation_volume=29; citation_issue=3; citation_publication_date=2019; citation_pages=834-877; citation_doi=10.1108/HFF-06-2018-0272; citation_id=CR22
citation_title=Hybrid Nanofluids for Convection Heat Transfer; citation_publication_date=2020; citation_id=CR23; citation_author=HF Ali; citation_publisher=Academic Press
citation_journal_title=J. Therm. Anal. Calorim.; citation_title=Effects of half-sinusoidal nonuniform heating during MHD thermal convection in Cu-Al
O
/water hybrid nanofluid saturated with porous media; citation_author=N Biswas, AJ Chamkha, NK Manna; citation_volume=143; citation_publication_date=2021; citation_pages=1665-1688; citation_doi=10.1007/s10973-020-10109-y; citation_id=CR24
citation_journal_title=J. Therm. Anal. Calorim.; citation_title=Magneto-hydrodynamic thermal convection of Cu-Al
O
/water hybrid nanofluid saturated porous media subjected to half-sinusoidal non-uniform heating; citation_author=N Biswas, UK Sarkar, AJ Chamkha, NK Manna; citation_volume=143; citation_publication_date=2021; citation_pages=1727-1753; citation_doi=10.1007/s10973-020-10123-0; citation_id=CR25
citation_journal_title=J. Therm. Anal. Calorim.; citation_title=MHD natural convection of Cu-Al
O
water hybrid nanofluids in a cavity equally divided into two parts by a vertical flexible partition membrane; citation_author=M Ghalambaz, SAM Mehryan, E Izadpanahi, AJ Chamkha, D Wen; citation_volume=138; citation_publication_date=2019; citation_pages=1723-1743; citation_doi=10.1007/s10973-019-08258-w; citation_id=CR26
citation_journal_title=Int. J. Therm. Sci.; citation_title=Magnetic force vectors as a new visualization tool for MHD convection; citation_author=NK Manna, N Biswas; citation_volume=167; citation_publication_date=2021; citation_pages=107004; citation_doi=10.1016/j.ijthermalsci.2021.107004; citation_id=CR27
citation_journal_title=Renew. Sustain. Energy Rev.; citation_title=A review on hybrid nanofluids: recent research, development and applications; citation_author=J Sarkar, P Ghosh, A Adil; citation_volume=43; citation_publication_date=2015; citation_pages=164-177; citation_doi=10.1016/j.rser.2014.11.023; citation_id=CR28
citation_journal_title=Phys. Fluids; citation_title=Effect of multibanded magnetic field on convective heat transport in linearly heated porous systems filled with hybrid nanofluid; citation_author=NK Manna, C Mondal, N Biswas, UK Sarkar, HF Öztop, NH Abu-Hamdeh; citation_volume=33; citation_publication_date=2021; citation_pages=053604; citation_doi=10.1063/5.0043461; citation_id=CR29
A.E. Kabeel, E.M.S. El-Said, S.A., A review of magnetic field effects on flow and heat transfer in liquids: present status and future potential for studies and applications. Renew. Sustain. Energy Rev. 45, 830–837 (2015)
citation_journal_title=J. Therm. Anal. Calorim.; citation_title=A review of magnetic field influence on natural convection heat transfer performance of nanofluids in square cavities; citation_author=SO Giwa, M Sharifpur, MH Ahmadi, JP Meyer; citation_volume=145; citation_publication_date=2021; citation_pages=2581-2623; citation_doi=10.1007/s10973-020-09832-3; citation_id=CR31
citation_journal_title=Phys. Scr.; citation_title=A novel multi-banding application of magnetic field to convective transport system filled with porous medium and hybrid nanofluid; citation_author=NK Manna, MK Mondal, N Biswas; citation_volume=96; citation_publication_date=2021; citation_doi=10.1088/1402-4896/abecbf; citation_id=CR32
citation_title=Porous and Complex Flow Structures in Modern Technologies; citation_publication_date=2004; citation_id=CR33; citation_author=A Bejan; citation_author=I Dincer; citation_author=S Lorente; citation_author=AF Miguel; citation_author=AH Reis; citation_publisher=Springer
citation_journal_title=Int. J. Numer. Methods Heat Fluid Flow; citation_title=Magnetohydrodynamic mixed bioconvection of oxytactic microorganisms in a nanofluid-saturated porous cavity heated with a bell-shaped curved bottom; citation_author=N Biswas, NK Manna, DK Mandal, RSR Gorla; citation_volume=31; citation_issue=12; citation_publication_date=2021; citation_pages=3722-3751; citation_doi=10.1108/HFF-10-2020-0668; citation_id=CR34
citation_journal_title=Int. J. Numer. Methods Heat Fluid Flow; citation_title=Magnetohydrodynamic bioconvection of oxytactic microorganisms in porous media saturated with Cu-water nanofluid; citation_author=N Biswas, NK Manna, RSR Gorla, DK Mandal; citation_volume=31; citation_issue=11; citation_publication_date=2021; citation_pages=3461-3489; citation_doi=10.1108/HFF-08-2020-0538; citation_id=CR35
citation_journal_title=Int. J. Numer. Methods Heat Fluid Flow; citation_title=Thermo-bioconvection of oxytactic microorganisms in porous media in the presence of magnetic field; citation_author=N Biswas, A Datta, NK Manna, RSR Gorla, DK Mandal; citation_volume=31; citation_issue=5; citation_publication_date=2021; citation_pages=1638-1661; citation_doi=10.1108/HFF-07-2020-0410; citation_id=CR36
citation_journal_title=Int. J. Heat Mass Transf.; citation_title=Role of discrete heating on the efficient thermal management within porous square and triangular enclosures via heatline approach; citation_author=D Debayan, T Basak; citation_volume=112; citation_publication_date=2017; citation_pages=489-508; citation_doi=10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.04.083; citation_id=CR37
citation_journal_title=Int. Commun. Heat Mass Transf.; citation_title=Impact of inclined magnetic field and power law fluid on double diffusive mixed convection in lid-driven curvilinear cavity; citation_author=S Hussain, HF Oztop; citation_volume=127; citation_publication_date=2021; citation_pages=105549; citation_doi=10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105549; citation_id=CR38
citation_journal_title=Int. J. Mech. Sci.; citation_title=Role of surface undulation during mixed bioconvective nanofluid flow in porous media in presence of oxytactic bacteria and magnetic fields; citation_author=DK Mandal, N Biswas, NK Manna, RSR Gorla, AJ Chamkha; citation_volume=211; citation_publication_date=2021; citation_doi=10.1016/j.ijmecsci.2021.106778; citation_id=CR39
citation_journal_title=Int. J. Mech. Sci.; citation_title=A narrative loom of hybrid nanofluid filled wavy walled tilted porous enclosure imposing a partially active magnetic field; citation_author=N Biswas, MK Mondal, DK Mandal, NK Manna, RSR Gorla, AJ Chamkha; citation_volume=217; citation_publication_date=2021; citation_doi=10.1016/j.ijmecsci.2021.107028; citation_id=CR40
citation_journal_title=Mater. Today Proc.; citation_title=Buoyancy driven flow in a parallelogrammic enclosure with an obstructive block and magnetic field; citation_author=H Mallick, H Mondal, N Biswas, NK Manna; citation_volume=44; citation_issue=2; citation_publication_date=2021; citation_pages=3164-3171; citation_doi=10.1016/j.matpr.2021.02.825; citation_id=CR41
citation_journal_title=J. Therm. Anal. Calorim.; citation_title=Comparative studies on air, water and nanofluids based Rayleigh Benard natural convection using Lattice Boltzmann Method: CFD and exergy analysis; citation_author=P Karki, DA Perumal, AK Yadav; citation_volume=147; citation_issue=2; citation_publication_date=2022; citation_pages=1487-1503; citation_doi=10.1007/s10973-020-10496-2; citation_id=CR42
citation_journal_title=J. Therm. Anal. Calorim.; citation_title=Impact of injection/suction and entropy generation of the porous open cavity with the hybrid nanofluid; citation_author=P Gokulavani, M Muthtamilselvan, B Abdalla; citation_volume=147; citation_publication_date=2022; citation_pages=3299-3312; citation_doi=10.1007/s10973-021-10636-2; citation_id=CR43
P. Gokulavani, M. Muthtamilselvan, Q.M. Al-Mdallal, D.H. Doh, Effects of orientation of the centrally placed heated baffle in an alternative configured ventilation cavity. Eur. Phys. J. Plus. 135(1), 23 1–16 (2020)
citation_journal_title=Int. J. Numer. Methods Fluids; citation_title=Natural convection in a square cavity: a comparison exercise; citation_author=GDV Davis, IP Jones; citation_volume=3; citation_publication_date=1983; citation_pages=227-248; citation_doi=10.1002/fld.1650030304; citation_id=CR45
citation_journal_title=Exp. Therm. Fluid. Sci.; citation_title=Effect of Al
O
-Cu/water hybrid nanofluid in heat transfer; citation_author=S Suresh, K Venkitaraj, P Selvakumar, M Chandrasekar; citation_volume=38; citation_publication_date=2012; citation_pages=54-60; citation_doi=10.1016/j.expthermflusci.2011.11.007; citation_id=CR46
citation_journal_title=Powder Technol.; citation_title=Effects of nanoparticles Brownian motion in a linearly/sinusoidally heated cavity with MHD natural convection in the presence of uniform heat generation/absorption; citation_author=B Mliki, MA Abbassi, A Omri, B Zeghmati; citation_volume=295; citation_publication_date=2016; citation_pages=69-83; citation_doi=10.1016/j.powtec.2016.03.038; citation_id=CR47
citation_journal_title=Int. J. Heat Mass Transf.; citation_title=Heatlines and other visualization techniques for confined heat transfer systems; citation_author=PS Mahapatra, A Mukhopadhyay, NK Manna, K Ghosh; citation_volume=118; citation_publication_date=2018; citation_pages=1069-1079; citation_doi=10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.11.075; citation_id=CR48
S. Kimura, A. Bejan, The “heatline” visualization of convective heat transfer. J. Heat Transf. 105(4), 916–919 (1983)
citation_journal_title=Int. J. Heat Mass Transf.; citation_title=Enhanced thermal energy transport using adiabatic block inside lid driven cavity; citation_author=N Biswas, PS Mahapatra, NK Manna; citation_volume=100; citation_publication_date=2016; citation_pages=407-427; citation_doi=10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.04.074; citation_id=CR50
citation_journal_title=Mater. Today Proc.; citation_title=Thermo-magnetic convection of nanofluid in a triangular cavity with a heated inverted triangular object; citation_author=D Chatterjee, NK Manna, N Biswas; citation_volume=52; citation_issue=3; citation_publication_date=2022; citation_pages=427-433; citation_doi=10.1016/j.matpr.2021.09.093; citation_id=CR51
citation_journal_title=Eur. Phys. J. Plus; citation_title=Numerical investigation of double-diffusive natural convection in a staggered cavity with two triangular obstacles; citation_author=K Al-Farhany, MA Alomari, KB Saleem, W Al-Kouz, N Biswas; citation_volume=136; citation_issue=814; citation_publication_date=2021; citation_pages=1-24; citation_id=CR52
citation_journal_title=Int. Commun. Heat Mass Transf.; citation_title=Effects of fins on magnetohydrodynamic conjugate natural convection in a nanofluid-saturated porous inclined enclosure; citation_author=K Al-Farhany, KK Al-Chlaihawi, MF Al-dawody, N Biswas, AJ Chamkha; citation_volume=126; citation_publication_date=2021; citation_pages=105413; citation_doi=10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105413; citation_id=CR53
citation_title=The Finite Element Method in Heat Transfer Analysis; citation_publication_date=1996; citation_id=CR54; citation_author=RW Lewis; citation_author=K Morgan; citation_author=HR Thomas; citation_author=KN Seetharamu; citation_publisher=Wiley
citation_title=Numerical Heat Transfer and Fluid Flow; citation_publication_date=1980; citation_id=CR55; citation_author=SV Patankar; citation_publisher=McGraw Hill
citation_journal_title=Int. J. Numer. Methods Heat Fluid Flow; citation_title=Convective heat transfer enhancement: effect of multi-frequency heating; citation_author=NK Manna, N Biswas, PS Mahapatra; citation_volume=29; citation_issue=10; citation_publication_date=2019; citation_pages=3822-3856; citation_doi=10.1108/HFF-07-2018-0414; citation_id=CR56
D.K. Mandal, N. Biswas, N.K. Manna, D.K. Gayen, R.S.R. Gorla, A.J. Chamkha, Thermo-fluidic transport process in a novel M-shaped cavity packed with non-Darcian porous medium and hybrid nanofluid: application of artificial neural networks (ANN). Phys. Fluids 34, 033608 (2022)
citation_journal_title=Powder Technol.; citation_title=Analysis of heat transfer and pumping power for bottom-heated porous cavity saturated with Cu-water nanofluid; citation_author=N Biswas, NK Manna, P Datta, PS Mahapatra; citation_volume=326; citation_publication_date=2018; citation_pages=356-369; citation_doi=10.1016/j.powtec.2017.12.030; citation_id=CR58
N. Biswas, M.K. Mondal, N.K. Manna, D.K. Mandal, A.J. Chamkha, Implementation of partial magnetic fields to magneto-thermal convective systems operated using hybrid-nanoliquid and porous media. J. Mech. Eng. Sci. (2021).
https://doi.org/10.1177/09544062211060168
O. Aydin, G. Yesiloz, Natural convection in a quadrantal cavity heated and cooled on adjacent walls. J. Heat Transf. 133(5), 1–7:052501 (2011)