Direct numerical simulation of turbulent channel flow with V-shape turbulators

Abstract

Direct Numerical Simulations (DNS) are carried out to study the channel flow V-shaped roughness on both wall. The roughness is modeled by the immerse boundary method for passive heat transport in a turbulent channel flow with V-shape square ribs for w/k = 3, 8, 10, 15 (w being the pitch, k the height of the ribs turbulators) with a k/h = 0.25, 0.1 (h being the mid-height of the channel). The angle of inclination of the V-shape turbulators is 45 degrees. Numerical results show that V-shape square ribs are more efficient than square ribs in maximizing the heat transfer. The configuration with w/k = 3, k/h = 0.25 presents the largest heat flux. The increase in the heat transfer is due to a secondary motion which is generated by the V-shape turbulators. Secondary motions at the location of the sidewalls transport the heat out of the cavity of the turbulators to the crest pane.

Simulaciones numéricas directas han sido realizadas para estudiar el flujo en un canal con superficies extendidas en forma de V localizadas en ambas paredes. La rugosidad del canal es modelada por medio del método de frontera sumergida para el transporte pasivo de calor en un canal con flujo turbulento con superficies extendidas cuadradas en forma de V. Los parámetros a utilizar son w/k = 3, 8, 10, 15 (w es la separación, k es la altura de las superficies extendidas) con variación del parámetro k/h = 0.25 (h es la altura media del canal). El ángulo de inclinación de la geometría en forma de V es de 45 grados. Las simulaciones numéricas muestran que las superficies extendidas cuadradas en forma de V son más eficientes maximizando la transferencia de calor que las superficies extendidas en forma de cuadrado. La configuración que presenta la más alta transferencia de calor es w/k = 3, k/h = 0.25. El incremento en la transferencia de calor es debido a los movimientos secundarios del flujo que son generados por la geometría de las superficies extendidas en forma de V.