A numerical study of mixed convection heat transfer in a lid-driven cavity using $Al_2O_3$-water nanofluid

$Al_2O_3$-su nanoakışkan kullanılarak kapak tahrikli düzgün dörtgen boşluk içerisinde karışık konveksiyon ısı aktarımın sayısal olarak incelenmesi

Abstract

This study aims a numerical investigation of steady, laminar mixed convection heat transfer in a two-dimensional cavity by employing a finite volume method with a fourth-order approximation of convective terms, when nanoparticles are present. With the aim of solving two-dimensional momentum and energy conservation equations, a finite volume method on a non-uniform staggered grid is utilized. Second-order central differences are utilized to approximate diffusion terms in momentum and energy equations, while the development of a non-uniform four-point fourth-order interpolation (FPFOI) scheme is performed for the convective terms. Continuity and momentum equations are solved using the SIMPLE (SemiImplicit Method for Pressure-Linked Equation) algorithm. In order to evaluate heat transfer enhancement, various viscosity and thermal conductivity models were employed. Numerical solution results were obtained in different models in cases where Gr number is between $10^3 and 10^5$ , Re number is 10-100-1000 and nanoparticle volumetric fraction is 0-5%.

Özet

Bu çalışma nanoparçacıklar varlığında konvektif terimlerin dördüncü dereceden doğruluğa sahip sonlu hacimler yöntemi kullanılarak iki boyutlu sistemlerde yatışkın, laminer karışık konveksiyon ısı aktarımının sayısal olarak incelenmesini amaçlamaktadır. İki-boyutlu momentum ve enerji tasarrufu eşitliklerini çözme amacı ile düzgün dağılımlı olmayan yapısal kaydırılmış ızgara yapısında sonlu hacimler yöntemi kullanılmıştır. Konvektif terimler için düzgün dağılımlı olmayan ağ yapılarında dördüncü dereceden doğruluğa sahip (FPFOI) şemanın geliştirilmesi gerçekleştirilrken ikinci dereceden merkezi farklar, momentum ve enerji eşitlikleri içerisindeki yaklaşık difüzyon terimleri için kullanılmıştır. Süreklilik ve momentum denklemleri basit (Basınca Bağlı denklem için yarı örtük yöntem) algoritma kullanılarak çözülmüştür. Isı aktarım artışını değerlendirmek için çeşitli viskozite ve ısıl iletkenlik modelleri kullanılmıştır. Gr sayısı $10^3 ve 10^5$ aralığında, Re sayısı 10-100-1000 ve nanoparçacık hacimsel fraksiyonu % 0-5 olduğu durumlarda farklı modellerde sayısal çözüm sonuçları elde edilmiştir.