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Low-Reynolds-number turbulent forced-convection flow over graded baffle plates

Y. Menni, C. Zidani, A. Azzi and B. Benyoucef

Unit of Research on Materials and Renewable Energies, URMER, Department of Physics, Faculty of Sciences, Abou Bekr Belkaid University, B.P. 119-13000-Tlemcen, Algeria.

Abstract

The thermo-hydraulic behaviors of turbulent forced-convection heat transfer flow over a rectangular cross section baffled channel are numerically examined in various graded baffle plate ratio configurations ‘GBR = 0.10, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, and 0.15) at different Reynolds numbers, ranging from 12,000 to 32,000. The governing equations that describe the flow are integrated by the finite volumes method, in two dimensions, employing the Commercial CFD software FLUENT 6.3 with low-Reynolds-number k-ε model to describe the turbulence. The velocity and pressure terms of momentum equations are solved with SIMPLE-algorithm. In particular, axial velocity, turbulence intensity, pressure, and temperature fields, average Nusselt number and friction loss are obtained. The numerical runs are carried out for different values of Reynolds numbers and graded baffle ratios at constant wall temperature condition along the top and bottom walls. Results were compared with available experimental data from the literature and good agreement is obtained.

Résumé

Ce travail consiste à l’étude numérique du comportement dynamique et thermique de l’écoulement bidimensionnel et du transfert de chaleur turbulent en convection forcée. L’application se fait dans un canal de section rectangulaire muni de chicanes gradées ‘GBR = 0.10, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, and 0.15’ dont les parois supérieure et inférieure sont maintenues à une température constante. Les équations gouvernantes, basées sur le modèle k-ε à bas nombre de Reynolds sont résolues par la méthode des volumes finis à l’aide de l’algorithme SIMPLE. Le code du calcul numérique en dynamique des fluides FLUENT 6.3 est appliqué pour intégrer ces équations sur chaque volume de contrôle. Les calculs sont effectués pour un nombre de Reynolds compris entre 12,000 et 32,000. En particulier, les champs de vitesse axiale, intensité de turbulence, pression, et de température, le nombre de Nusselt moyen et ainsi que les pertes de charge par frottement sont obtenus. Les résultats numériques sont comparés à ceux obtenus par l’expérience dans la littérature. Cette comparaison montre qu’il y a une bonne concordance avec les données disponibles dans la littérature.

Keywords

CFD - Graded baffle - In-line arrangement - Rectangular channel - Steady state - Turbulent flow.

Low-Reynolds-number turbulent forced-convection flow over graded baffle plates
Texte intégral

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