Transient cold-front-water through y-shaped aluminium ducts: nature of turbulence, non-equilibrium thermodynamics, and velocity at the converged and diverged outlets

湍流 前线(军事) 瞬态(计算机编程) 热力学 非平衡态热力学 铝 机械 物理 材料科学 气象学 冶金 计算机科学 操作系统
作者
Fuzhang Wang,Isaac Lare Animasaun,Dalal Matar Al Shamsi,Taseer Muhammad,Asgar Ali
出处
期刊:Journal of Non-Equilibrium Thermodynamics [De Gruyter]
卷期号:49 (4): 485-512 被引量:59
标识
DOI:10.1515/jnet-2024-0011
摘要

Abstract The interaction between water motion efficiency, outlet control mechanisms, and energy dynamics management hinges significantly on turbulence characteristics. However, understanding the influence of input velocities and duct features on outlets remains elusive. This study employs the realizable k − ɛ viscous model and Reynolds-averaged Navier–Stokes equations (RANS equations) to explore transient water dynamics encountering a cold front through ducts leading to convergence or divergence. Using Ansys Fluent 2023R2 and the waterlight workflow, meticulous meshing of the ducts is executed to capture flow intricacies accurately. Grid independence, suitable boundary conditions, and solver settings are carefully considered to ensure reliable results for investigating four key research questions. Duct bending introduces non-uniformities in velocity distribution, impacting exit velocity and altering flow characteristics and turbulence. In Case III, centrifugal forces from a 90° bend result in higher outlet velocities at the convergent exit and secondary flow patterns like swirls and vortexes. Additionally, entrance velocities influence Reynolds numbers, affecting mixing, heat transfer coefficients, and flow regimes, thereby optimizing thermal conductivity. This comprehensive investigation sheds light on optimizing water dynamics and energy management across various duct configurations, offering valuable insights into efficient flow control and thermal performance enhancement.
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