بررسی عددی تأثیر مولد گردابه طولی چین‌دار اصلاح‌شده بر عملکرد هیدرولیکی - حرارتی مینی کانال

پورغلام لیلاکوهی, یونس; محدث دیلمی, حامد

doi:10.47176/MAJ.2026.1544

بررسی عددی تأثیر مولد گردابه طولی چین‌دار اصلاح‌شده بر عملکرد هیدرولیکی - حرارتی مینی کانال

نوع مقاله : گرایش پیشرانش و انتقال حرارت

نویسندگان

یونس پورغلام لیلاکوهی ¹

حامد محدث دیلمی ²

¹ دانشجوی دکتری، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

² دانشیار، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

10.47176/MAJ.2026.1544

چکیده

یکی از موضوعات مهم در صنایع مختلف همچون هوافضا بهبود نرخ خنک‌کاری در جریان‌های داخلی است. استفاده از مولد گردابه یکی از روش‌های مرسوم برای بهبود انتقال حرارت است. هدف اصلی این پژوهش، بررسی تأثیر لبه‌های تیز بر روی مولدهای گردابه طولی چین‌دار در دو پیکربندی جریان بالا و جریان پایین است. این پژوهش به شبیه‌سازی عددی انتقال حرارت درون یک مینی کانال پرداخته است. سیال عامل آب خالص با خواص ثابت در طول شبیه‌سازی است. معادلات انرژی، مومنتوم و پیوستگی برای سیال تراکم‌ناپذیر در حالت پایا، سه‌بعدی و در رژیم جریان آشفته حل شده است. شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم‌افزار کامسول مالتی فیزیکس مبتنی بر روش المان محدود است. نتایج توزیع سرعت، دمای استاتیکی و موضعی مینی کانال و همچنین مقایسه عدد ناسلت و ضریب اصطکاک ارائه شده است. نتایج نشان می‌دهند که مولد گردابه اصلاح‌شده باعث افزایش ضریب اصطکاک تا %130 در مقایسه با یک مینی کانال بدون مولد گردابه می‌شود. همچنین، عدد ناسلت کل در پیکربندی جریان روبه‌پایین %37 و در پیکربندی جریان روبه‌بالا %40 افزایش‌یافته است. مقایسه مولد گردابه چین‌دار اصلاح شده نسبت به مولد گردابه چین‌دار نشان می‌دهد به دلیل افزایش قدرت گردابه‌ها تا %5 ضریب عملکرد حرارتی مینی کانال بهبود داشته است.

چکیده تصویری

بررسی عددی تأثیر مولد گردابه طولی چین‌دار اصلاح‌شده بر عملکرد هیدرولیکی - حرارتی مینی کانال

کلیدواژه‌ها

مولد گردابه چین‌دار طولی

افزایش انتقال حرارت در مینی کانال

شبیه‌سازی عددی

جریان آشفته

موضوعات

پیشرانش و انتقال حرارت

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of the Effect of a Modified Corrugated Longitudinal Vortex Generator on the Hydraulic-Thermal Performance of a Minichannel

نویسندگان English

Younes Pourgholam Leylakoohi ¹

Hamed Mohaddes Deylami ²

¹ PhD Student, University of Guilan, Rasht, Iran

² Associate Professor, University of Guilan, Rasht, Iran

چکیده English

One of the key issues in various industries, such as aerospace, is the enhancement of cooling rates in internal flows. The use of vortex generators is a common method for improving heat transfer. The main objective of this study is to investigate the effect of sharp edges on corrugated longitudinal vortex generators in two configurations of Common Flow Up (CFU) and Common Flow Down (CFD). This research numerically simulates heat transfer inside a mini-channel. The working fluid is pure water with constant properties throughout the simulation. The energy, momentum, and continuity equations for an incompressible fluid are solved in a steady-state, three-dimensional, turbulent flow regime. The numerical simulations are performed using the COMSOL Multiphysics software based on the finite element method. The results of velocity distribution, static and local temperature in the minichannel, as well as comparisons of the Nusselt number and friction factor, are presented. The results indicate that the modified corrugated vortex generator increases the friction factor by up to 130% compared to a minichannel without a vortex generator. Furthermore, the overall Nusselt number increases by 37% in the CFD configuration and by 40% in the CFU configuration. Comparison of the modified corrugated vortex generator with the conventional corrugated vortex generator shows that, due to the enhanced vortex strength (up to 5%) , the thermal performance factor of the mini-channel is improved.

کلیدواژه‌ها English

Longitudinal Corrugated Vortex Generator

Heat Transfer Enhancement In Minichannel

Numerical Simulation

Turbulent Flow

[1] Asaadi S, Abdi H. Numerical investigation of laminar flow and heat transfer in a channel using combined nanofluids and novel longitudinal vortex generators. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2021 Sep;145:2795-808. DOI https://doi.org/10.1007/s10973-020-09795-5

[2] Nejati Barzoki F, Sheikhzadeh GA, Khoshvaght Aliabadi M, Abbasian Arani AA. Hydrothermal performance of trapezoidal fin equipped with vortex generator and hole: Investigation of the effect of vortex generator and hole position. Amirkabir Journal of Mechanical Engineering. 2021 May 22;53(3 (Special Issue)):1963-80. DOR 10.22060/mej.2020.17218.6558

[3] A. Rosta Abkenar, N. Amanifard, H. Mohhades Deylami, F. Dolati, Experimental Investigation of Flow and Heat Transfer in a Smooth Channel Affected by Vortex Generator with a Punched Hole, Amirkabir J. Mech. Eng., 50(2) (2018) 271-284. DOR 10.22060/mej.2016.770

[4] Ghazanfarian J, Nobari MR. A numerical study of convective heat transfer from a rotating cylinder with cross-flow oscillation. International journal of heat and mass transfer. 2009 Nov 1;52(23-24):5402-11. DOI https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.06.036

[5] Zheng Y, Yang H, Mazaheri H, Aghaei A, Mokhtari N, Afrand M. An investigation on the influence of the shape of the vortex generator on fluid flow and turbulent heat transfer of hybrid nanofluid in a channel. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2021 Jan; 143:1425-38. DOI https://doi.org/10.1007/s10973-020-09415-2

[6] Jalayeri A, Soltanipour H, Rezazadeh S. Simultaneous Effects of a Vortex Generator and Magnetic Field on Ferrofluid Convective Heat Transfer in a 3D Channel: First and Second Law Analyses. AUT Journal of Mechanical Engineering. 2024 Jun 1;8(2):85-108. DOR https://doi.org/10.22060/ajme.2024.22788.6075

[7] Ke Z, Chen CL, Li K, Wang S, Chen CH. Vortex dynamics and heat transfer of longitudinal vortex generators in a rectangular channel. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019 Apr 1;132:871-85. DOI https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.12.064

[8] Awais M, Bhuiyan AA. Heat transfer enhancement using different types of vortex generators (VGs): A review on experimental and numerical activities. Thermal Science and Engineering Progress. 2018 Mar 1;5:524-45. DOI https://doi.org/10.1016/j.tsep.2018.02.007

[9] Ebrahimi A, Roohi E, Kheradmand S. Numerical study of liquid flow and heat transfer in rectangular microchannel with longitudinal vortex generators. Applied Thermal Engineering. 2015 Mar 5; 78:576-83. DOI https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.12.006

[10] Esmaeilzadeh A, Amanifard N, Deylami HM. Comparison of simple and curved trapezoidal longitudinal vortex generators for optimum flow characteristics and heat transfer augmentation in a heat exchanger. Applied Thermal Engineering. 2017 Oct1; 125:1414-25. DOI https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.07.115

[11] Leylakoohi YP, Deylami HM. Enhancing the thermal performance of a minichannel using a new design of corrugated rectangular winglet pair as vortex generator. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2026 Jan 1; 117:110051. DOI https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2025.110051

[12] Tang LH, Chu WX, Ahmed N, Zeng M. A new configuration of winglet longitudinal vortex generator to enhance heat transfer in a rectangular channel. Applied Thermal Engineering. 2016 Jul 5;104:74-84. DOI https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.05.056

[13] Wu X, Fu T, Wang J, Zeng L, Zhang F. A comparative study of fluid flow and heat transfer in the tube with multi-V-winglets vortex generators. Applied Thermal Engineering. 2024 Jan 5;236:121448. DOI https://doi.org/10.1007/s10973-020-09795-5

[14] Hosseini. Numerical investigation of the transition process from the optimal operating point to the maximum load of the Francis turbine. Journal of Aerospace Mechanics. 2024; 20 (3):109-128.(persian) DOR https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.26455323.1403.20.3.8.4

[15] M. S. Saravani, H. M. Deylami, M. Naghashzadegan. A 3D numerical study of the impact of physical parameters on the behavior of a flexible vortex generator and heat transfer within a microchannel. Journal of Aerospace Mechanics. 2025; 20(4):71-86 (persian) DOR https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.26455323.1403.20.4.5.3

[16] Eftekhari, H., Amanifard,. N., Mohaddes Deylami, H. Determination the Performance Instability Range and Analysis of the Effect of Blade Tip and Hub Vortices in a Reversible Axial Flow Fan. Fluid Mechanics & Aerodynamics, 2024; 12(2): 167-188. (persian) DOR https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.23223278.1402.12.2.12

[17] Srivastava K, Sahoo RR. Effect of pitch and angle of attack on thermal performance of new envelope and delta vortex generators for TEG: An experimental and numerical approach. International Journal of Thermal Sciences. 2024 Jan 1;195:108671. DOI https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2023.108671

[18] Yang Z, Gu J, Luo X, Qin Z, Zhou S, Wang P, Zhao W. An RSM approach to optimize the thermal performance of novel type vortex generators. Progress in Nuclear Energy. 2024 Feb 1;167:104978. DOI https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2023.104978

[19] Yang Z, Gu J, Luo X, Qin Z, Zhou S, Wang P, Zhao W. An RSM approach to optimize the thermal performance of novel type vortex generators. Progress in Nuclear Energy. 2024 Feb 1;167:104978. DOI https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2023.104978

[20] nemati, M., mohamadzade, H., sefid, M. Investigation the Effect of Direction of Wall Movement on Mixed Convection in Porous Enclosure with Heat Absorption/Generation and Magnetic Field. Fluid Mechanics & Aerodynamics, 2020; 9(1): 99-115. (persian) DOR:https://dor.isc.ac/dor/DOR:20.1001.1.23223278.1399.9.1.7.5