Abstract
The present study employs square cross-section ribbed channels with different arrangements of downstream half-size ribs to determine the most optimal configurations for augmenting heat transfer rates with minimized pressure drop penalties. The channel inlet Reynolds number ranges from 20,000 to 160,000. The influence of downstream ribs arrangement on the overall performance characteristics of ribbed duct is observed with six different cases. A case of an array of six big continuous ribs installed on one wall with a pitch ratio of P/e = 20, is first designed (Case A). Four cases are then designed with inserting half-size and same-size ribs downstream the big ribs (Case B, Case C, Case D and Case E, respectively). The last case has a different pitch ratio and half-size ribs in the middle of two neighbor big ribs (Case F). The details of turbulent flow structure temperature fields, local heat transfer, normalized heat transfer, and thermal performance factor were obtained using Computation Fluid Dynamics (CFD) with the v2f turbulence model and constant heat flux thermal boundary conditions applied to all surfaces. The overall performances of six ribbed channel are evaluated and compared. The results reveal that the usage of downstream ribs is a suitable way to decrease the pressure loss and improve the flow structure, while keeps comparable enhancement in heat transfer as expected. Compared with Case A, all other cases yield the lower friction factor except for Case B. Case D and Case F present the prominent effect of their thermal enhancement factor, suggesting that the two cases exhibit individual advantage when different performances are taken into account to augment the heat transfer of ribbed channels
چکیده
در مطالعه ی حاضر از یک کانال ریب دار با سطح مقطع مربعی با آرایش های مختلف از ریب های نیم اندازه پایین دست برای تعیین آرایش بهینه برای افزایش نرخ انتقال حرارت و کمینه کردن افت فشار استفاده شده است. عدد رینولدز در ورودی کانال از 20000 تا 160000 تغییر می کند. اثر آرایش ریب های پایین دست بر مشخصات عملکردی کلی کانال ریبدار برای شش حالت مختلف مشاهده شده است. ابتدا در یک حالت شش ریب بزرگ بر روی یکی از دیواره ها با نسبت گام 20P/e= در نظر گرفته شده است (حالت الف). سپس چهار حالت دیگر با تعبیه کردن ریب های نیم اندازه و هم اندازه در پایین دست هر ریب بزرگ در نظر گرفته شده اند (حالات (ب)، (ج)، (د) و (ه)). حالت نهایی نسبت گام متفاوتی داشته و ریب های نیم اندازه در وسط دو ریب بزرگ مجاور قرار گرفتند (حالت (و)). جزئیات ساختار جریان مغشوش، میدان دما، انتقال حرارت موضعی، انتقال حرارت نرمال شده، و فاکتور عملکرد حرارتی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی با مدل اغتشاشی v2f و شرط مرزی شار حرارتی ثابت بر روی تمام دیواره ها به دست آمدند. عملکرد کلی شش کانال ریب دار ارزیابی و مقایسه شدند. نتایج نشان می دهد که استفاده از ریب های پایین دست روشی مناسب برای کاهش اتلاف فشاری و بهبود ساختارجریان می باشد، همچنین افزایش قابل مقایس های نیز طبق انتظار در انتقال حرارت دارد. در مقایسه با حالت (الف) تمام حالات دیگر به جز حالت (ب) فاکتور اصطکاک کوچکتری دارند. حالات (د) و (ه) تاثیر مهمی در فاکتور بهبود حرارتی خود نشان می دهند که بیان می کند این دو حالت هنگامی که عملکردهای مختلفی در افزایش انتقال حرارت کانال های ریب دار مد نظر باشد، مزیت دارند.
1-مقدمه
در دهه های اخیر، با توسعه علم و فناوری توربین گاز محققین توجه بیشتری به عملکرد توربین گاز نموده اند. توربین یکی از مهمترین قسمت ها و اصلی ترین قسمت با دمای زیاد در یک توربین گاز است و فناوری خنک کاری پره های توربین برای بهبود عملکرد موتور هواپیما اهمیت اساسی دارد. فناوری خنک کاری بهبود یافته نه تنها به طراحان اجازه ی افزایش دمای ورودی به توربین برای بهبود عملکرد و توان توربین گاز را می دهد، همچنین دما را در بازه ی قابل قبول از نظر مواد نگاه می دارد...