Numerical study of the transition of the flow regime in a complex geometry under the presence of a magnetic field // Étude numérique de la transition du régime d’écoulement dans une géométrie complexe sous la présence d’un champ magnétique

Abstract

تم في هذا العمل تحليل محاكاة لتقييم تأثير تقنيات التعزيز المدمجة على نمط تدفق الحمل الحراري القسري وانتقال الحرارة. وبشكل أكثر دقة، تمت دراسة تدفق مائع نانوي نيوتوني يتدفق في هندسة جيبية معقدة يتعرض لمجال مغناطيسي خارجي. يتم تطبيق هذا المجال الأخير بشكل منتظم أو غير منتظم لقيم مختلفة لعدد هارتمان تتراوح من 0 إلى 50 على مجال المائع وموجه بزوايا γ=0، γ=π/4، وγ=π/2. . تم فحص التغيرات في السلوك الهيدروديناميكي والحراري من حيث شدة التدفق الثانوي، و توزيع السرعة، ومعدلات القص والدوران، ونمط توزيع درجة الحرارة، وعدد نوسلت. توضح النتائج أن التحسن في انتقال الحرارة الجداري يختلف تبعًا للإجراء المطبق، حيث تتراوح نسبة الزيادة من 1% إلى 14% اعتمادًا على كل حالة. على وجه التحديد، يؤدي التطبيق الكامل للمجال المغناطيسي بزاوية π/2 إلى تحسين متوسط عدد نوسلت من 10.5 إلى 12 بزيادة تقارب 14% مقارنة بسيناريو عدم وجود مجال مغناطيسي. كما أن تطبيق مجال مغناطيسي جزئي في اتجاهي π/4 و π/2 يؤدي إلى تحسن في التبادل الحراري بنسبة 3%، 5%، 7%، و10% مقارنة بالحالة الأساسية.

Simulation analysis to evaluate the impact of combined enhancement techniques on forced convection flow pattern and heat transfer is investigated in the present work. More precisely, a Newtonian nanofluidic flow flowing in a complex sinusoidal geometry subjected to an external magnetic field is studied.This last, is applied uniformly/non-uniformly for different values of the Hartmann number ranging from 0 to 50 on the fluid domain and oriented with the horizontal by; γ=0, γ= π/4 and γ=π/2. The changes in hydrodynamic and thermal behavior are examined in terms of secondary flow intensity, velocity profile, shear and rotation rates, the temperature profile pattern and the non-dimensional Nusselt number. Findings illustrate that the improvement in parietal heat transfer varies depending on the applied procedure, where the percentage of increase varies from 1% to 14% depending on each case. Specifically, the full application of the magnetic field at an angle of 𝜋/2 improves the average Nusselt number from 10.5 to 12 with almost 14% compared to the no-magnetic-field scenario. Also, applying a partial magnetic field in the 𝜋/4 and 𝜋/2 orientations leads to an improvement in heat exchange of 3%, 5%, 7%, and 10% compared to the base case.

La présente étude évalue, par simulation numérique, l'impact de techniques d'amélioration combinées sur les régimes d'écoulement et le transfert de chaleur par convection forcée. Nous examinons spécifiquement un écoulement de nanofluide Newtonien dans une géométrie sinusoïdale complexe, soumis à un champ magnétique externe. Ce champ est appliqué de manière uniforme ou non-uniforme, avec des nombres de Hartmann (Ha) allant de 0 à 50, et des orientations par rapport à l'horizontale de γ=0, γ=π/4 et γ=π/2. Les modifications du comportement hydrodynamique et thermique sont analysées à travers l'intensité de l'écoulement secondaire, le profil de vitesse, les taux de cisaillement et de rotation, le profil de température et le nombre de Nusselt adimensionnel. Les résultats démontrent que l'amélioration du transfert de chaleur pariétal varie de 1% à 14% selon le protocole appliqué. Notamment, l'application complète du champ magnétique à un angle de π/2 augmente le nombre de Nusselt moyen de 10.5 à 12, soit une amélioration de près de 14% par rapport à l'absence de champ magnétique. De plus, l'application partielle du champ magnétique avec des orientations de π/4 et π/2 conduit à des améliorations du transfert de chaleur de 3%, 5%, 7% et 10% par rapport au cas de référence