Study of Heat Transfer Phenomena in a Complex Geometry in the Presence of a Magnetic Field

Abstract

Cette étude présente une investigation numérique approfondie visant à l’amélioration du comportement hydrodynamique et du mélange thermique dans des écoulements ouverts tridimensionnels à géométrie complexe. Une approche combinant des techniques actives et passives d’intensification, incluant l’application de champs magnétiques non uniformes, l’utilisationdenanofluidesetdegéométriescomplexes,estadoptéeafind’évaluerleurseffetssur les performances thermiques et dynamiques de l’écoulement pulsé. L’influence du nombre de Hartmann(0≤ Ha≤ 50),dunombredeStrouhaletdel’orientationduchampmagnétique(0,π/4 etπ/2)estanalyséeentermesdedegrédemélange,destructuresd’écoulementssecondairesetde nombredeNusselt.Lesrésultatsmontrentquel’applicationnonuniformed’unchampmagnétique transverse(γ=π/2ouπ/4)favoriselagénérationdemouvementssecondairesintenses,conduisant à un mélange thermique élevé avec un degré dépassant 90 %. Dans ces conditions optimisées, le transfert de chaleur pariétal est significativement renforcé, avec une augmentation du nombre de Nusselt supérieure à 45 %. En revanche, une orientation parallèle du champ magnétique tend à rigidifier l’écoulement et à réduire les performances thermiques. Ces résultats démontrent l’efficacitéducontrôlemagnétiqueetgéométriquecombinépourl’optimisationdumélangeetdu transfert thermique dans les systèmes magnétohydrodynamiques

This work presents a comprehensive numerical investigation aimed at enhancing hydrodynamic and thermal mixing in three-dimensional open flows through the combined use of active and passive intensification techniques. The effects of nonuniform magnetic fields, complex channel geometries, and nanofluids on flow dynamics and heat transfer characteristics are systematically analyzed underpulsating flowconditions.TheinfluenceoftheHartmannnumber(0 ≤ Ha≤ 50), the Strouhal number, and the magnetic field orientation (0, π/4, and π/2) is examined in terms of mixing degree, secondary flow structures, and Nusselt number. The results demonstrate that a nonuniformtransversemagneticfield(γ=π/2or π/4)inducesstrongsecondarymotions,leading toanenhancedthermal mixingwithadegreeexceeding90%.Undertheseoptimizedconditions, thewallheattransferissignificantlyimproved,withanincreaseintheNusseltnumberexceeding 45 %. Conversely, a parallel magnetic field configuration suppresses flow instabilities and limits thermal performance. These findings highlight the effectiveness of combined magnetic and geometriccontrolstrategiesforoptimizing heat transferandmixing in magnetohydrodynamicflow systems

تقدّم هذه الدراسة تحقيقًا عدديًا معمّقًا يهدف إلى تحسين السلوك الهيدروديناميكي والمزج الحراري في الجريان ثلاثي الأبعاد داخل قنوات مفتوحة ذات هندسة معقّدة . تم اعتماد مقاربة تجمع بين تقنيات التحسين النشطة والسلبية ، تشمل تطبيق حقول مغناطيسية غير منتظمة ، واستخدام الموائع النانوية ، والهندسة المعقّدة للقنوات ، من أجل تقييم تأثيرها على الخصائص الديناميكية والحرارية للجريان النبضي .تم تحليل تأثير عددهارتمان50)≤Ha≤(0، وعدد سترولهال ، وزاوية توجيه المجال المغناطيسي0)،π/4

وπ/2(على درجة المزج ، وبُنى الجريان الثانوي ، وعدد نسلت.أظهرت النتائج أن التطبيق غير المنتظم لمجال مغناطيسي عرضيπ/2=(γأوπ/4)يعزّز توليد الحركات الثانوية بشك فعّال ، مما يؤدي إلى تحقيق مزج حراري مرتفع تتجاوز درجته .%90 وفي ظل هذه الشروط المثلى ، يتحسن انتقال الحرارة عند الجدران بشكل ملحوظ ، حيث ترتفع قيمة عدد نسلت بأكثر من.%45 في المقابل ، فإن توجيه المجال المغناطيسي موازيًا للجريان يؤدي إلى تصلّب الجريان وانخفاض الأداء الحراري. تؤكد هذه النتائج فعالية التحكم المشترك في المجال المغناطيسي والهندسة ونظام الجريان النبضي كوسيلة فعّالة لتحسين المزج وانتقال الحرارة في الأنظمة المغناطوهيدروديناميكية