Impact of transversely-oriented wall corrugation on hydraulic resistance of a channel flow

• Autorzy: Szumbarski J. , Blonski S. , Kowalewski T. A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ poprzecznego pofalowania ścian na opory hydrauliczne przepływu w kanale

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The impact of the transversely-oriented sinusoidal wall corrugation on the hydraulic drag is investigated numerically for the flow through the channel of finite width and with flat sidewalls. The numerical method, based on the domain transformation and Chebyshev-Galerkin discretization, is used to investigate the flow resistance of the laminar, parallel and pressure-driven flow. The obtained results are compared to the reference case, i.e., to the flow through the channel with rectangular cross section of the same aspect ratio. Simple explanation of the gain in the volumetric flow rate observed in the flow through spanwise-periodic channel with long-wave transversely-oriented wall corrugation is provided. In the further analysis, pressure drop in the flows with larger Reynolds numbers are studied numerically by means of the finite-volume commercial package Fluent. Preliminary experimental results confirm the predicted tendency.

PL

Przedmiotem artykułu jest analiza numeryczna wpływu poprzecznego sinusoidalnego pofalowania ścian na opory hydrauliczne przepływu cieczy lepkiej w kanale. Do wyznaczenia stacjonarnego pola ruchu cieczy lepkiej w kanale posłużono się transformacją obszaru i spektralną metodą Czebyszewa-Galerkina. Obliczone wartości strat ciśnienia porównano z przepływem laminarnym w kanale o ścianach płaskich i przekroju prostokątnym, przy zachowaniu takiej samej wartości stosunku szerokości kanału do jego wysokości. Podano objaśnienie efektu zmiejszenia oporów hydraulicznych w przypadku poprzecznego pofalowania o dużej długości fali. Omówiono również wyniki analizy wpływu pofalowania ścian na straty ciśnienia dla przepływów z większymi liczbami Reynoldsa, uzyskane przy pomocy komercyjnego programu Fluent. Przedstawiono wstępne wyniki badań eksperymentalnych, które potwierdzają zależności otrzymane w modelach numerycznych.

Słowa kluczowe

EN

channel flow; hydraulic resistance; corrugated walls; numerical methods

PL

przepływ w kanale; opory hydrauliczne; ściany pofalowane; metody numeryczne

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. LVIII, nr 4
• Strony: 441--466
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Szumbarski J.

autor

Blonski S.

autor

Kowalewski T. A.

• Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, Warsaw University of Technology, 24 Nowowiejska St., 00-665 Warszawa, Poland,

Bibliografia

• [1] Wang G., Vanka S.P.: Convective heat transfer in periodic wavy passages. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 38, No. 17, 1995. pp. 3219-3230.
• [2] Ghaddar N., El-Hajj Α.: Numerical Study of Heat Transfer Augmentation of Viscous Flow in Corrugated Channels. Heat Transfer Engineering, 21, 2000, pp. 35-46.
• [3] Niceno В., Nobile Ε.: Numerical analysis of fluid flow and heat transfer in periodic wavy channel. International Journal of Heat and Fluid Flow, 22, 2001, pp. 156-167.
• [4] Nishimura Т., Murakami S., Arakawa S., Kawamura Y.: Flow observations and mass transfer characteristics in symmetrical wavy-walled channels at moderate Reynolds number for steady flow. Int. J. Heat and Mass Transfer, 33, 1990, pp. 835-844.
• [5] Nishimura Т., Kawamura Y.: Three-dimensionality of Oscillatory Flow in a Two-dimensional Symmetric Sinusoidal Wavy-Walled Channel. Exp. Therm. Fluid Sci., 10, 1995, pp. 62-73.
• [6] Nishimura Т., Kojima N.: Mass transfer enhancement in a sinusoidal wavy-walled channel for pulsatile flow. International Journal of Heat and Mass Transfer, 38, 1995, pp. 1719-1731.
• [7] Szumbarski J.: Instability of a viscous liquid flow in a corrugated channel (in Polish, the habilitation thesis). Published by Warsaw University of Technology. Warszawa, 2007.
• [8] Szumbarski J.: Instability of viscous incompressible flow in a channel with transversely corrugated walls. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 45, 3, pp. 659-683, 2007.
• [9] Chorlton F.: Textbook of Fluid Dynamics. D. Van Nostrand Company Ltd, 1967.
• [10] Boyd J.P.: Chebyshev and Fourier Spectral Methods, 2nd Ed. Dover Publication Inc., Minneola NY, 2001.
• [11] Szumbarski J., Blonski S.: Destabilization of a laminar flow in a rectangular channel by transversely-oriented wall corrugation. Archives of Mechanics, Vol. 63, No 4, pp. 393-428, 2011.