دراسة انتقال الحرارة المقترن بجريان الموائع

Abstract

This study aims to investigate forced convection heat transfer inside a Venturi tube using a numerical approach, in order to understand the influence of variable cross-sectional geometry on the hydrodynamic and thermal behavior of the flow. A mathematical model based on the continuity equation, the Navier–Stokes equations, and the energy equation was employed to describe the fluid flow and heat transfer phenomena.

Numerical simulations were performed using ANSYS Fluent. The distributions of velocity, pressure, and temperature inside the Venturi tube were analyzed, with particular attention to the effects of Reynolds number and geometric parameters, especially the throat region, on heat transfer performance. The thermal performance was evaluated using the Nusselt number as a key indicator of convective heat transfer.

The results showed that increasing the Reynolds number enhances heat transfer due to increased turbulence intensity. Furthermore, the throat region plays a significant role in improving heat transfer as a result of fluid acceleration and pressure drop. It was also found that optimizing the geometric design of the Venturi tube can significantly improve the efficiency of thermal systems.

This study highlights the importance of Computational Fluid Dynamics as a powerful tool for analyzing complex physical phenomena and provides perspectives for improving industrial thermal system designهدف هذه الدراسة إلى تحليل انتقال الحرارة بالحمل القسري داخل أنبوب فنتوري باستخدام المقاربة العددية، وذلك لفهم تأثير التغير في المقطع العرضي على الخصائص الهيدروديناميكية والحرارية للجريان. تم اعتماد نموذج رياضي يعتمد على معادلات الاستمرارية، ومعادلات نافـييه-ستوكس، ومعادلة الطاقة لوصف سلوك المائع داخل الأنبوب.

تم إجراء المحاكاة العددية باستخدام برنامج ANSYS Fluent، حيث تم تحليل توزيع السرعة والضغط ودرجة الحرارة داخل أنبوب فنتوري، مع دراسة تأثير عدد رينولدز والأبعاد الهندسية، خاصة منطقة الخنق، على كفاءة انتقال الحرارة. كما تم تقييم الأداء الحراري باستخدام عدد نوسلت باعتباره مؤشرًا رئيسيًا لانتقال الحرارة بالحمل.

أظهرت النتائج أن زيادة عدد رينولدز تؤدي إلى تحسين انتقال الحرارة نتيجة زيادة شدة الاضطراب داخل الجريان، كما أن منطقة الخنق تلعب دورًا مهمًا في تعزيز انتقال الحرارة بسبب تسارع المائع وانخفاض الضغط. إضافة إلى ذلك، تم التوصل إلى أن تحسين التصميم الهندسي لأنبوب فنتوري يمكن أن يساهم بشكل فعال في رفع كفاءة الأنظمة الحرارية.

تُبرز هذه الدراسة أهمية استخدام ديناميكا الموائع الحسابية كأداة فعالة لتحليل الظواهر المعقدة، وتفتح آفاقًا مستقبلية لتحسين تصميم الأنظمة الصناعية الحرارية