Due to ample applications from medical services to industrial activities, the study of flow and heat transfer through a curved duct has attracted considerable attention to the researchers. In this paper, a comprehensive numerical study is presented for the fully developed two-dimensional flow of viscous incompressible fluid through a curved square duct for various curvatures. The spectral method is used as a basic tool to solve the system of nonlinear partial differential equations. Numerical calculations are carried out over a wide range of the Dean number, $0<D_n\le 5000$, for curvature ratio $\delta =0.001$, $0.1$, and $0.5$. A temperature difference is applied across the horizontal walls for the Grashof number $Gr = 1000$, where the bottom wall is heated while cooling from the ceiling, the outer and inner walls being thermally insulated. First, the bifurcation structure of steady solutions is investigated. As a result, two branches of steady solutions consisting of two- to eight-vortex solutions are obtained for $\delta =0.001$ and $0.1$ while three branches for $\delta =0.5$. Then we performed time evolution calculation to investigate unsteady flow characteristics, and it is found that the unsteady flow undergoes through various flow instabilities, if $D_n$ is increased. Flow transitions are well determined by obtaining phase space of the time evolution results. Typical contours of streamlines and isotherms are obtained at several values of $D_n$ and it is found that the unsteady flow consists of two-to-eight-vortex solutions. The present study demonstrates the role of secondary vortices on convective heat transfer and it is found that convective heat transfer is significantly enhanced by the secondary flow and as the number of secondary vortices increases, that occurs for the chaotic solution, heat transfer is boosted substantially.


翻译:由于从医疗服务到工业活动的大量应用,对流动和通过弯曲管道输送热量的研究吸引了研究人员的极大关注。 在本文中, 提出了一个全面的数值研究, 用于通过弯曲的平方管通过弯曲的平方管进行完全开发的两维流的透视压流。 光谱法是用来解决非线性部分差异方程式系统的基本工具。 数字计算是在一系列的迪恩数中进行的, 美元为0美元< D_ n\le 5000美元, 曲线比率为$\delta=0.001美元, 美元为0.5美元。 在水平墙上, 透析的透析流为$1 000美元, 底墙是加热的, 天花板的冷却, 外部和内墙是热化的。 首先, 稳定解决方案的分解结构得到了调查。 结果, 由两层至八级的解解解解解的两分支, 以美元=0.00美元, 中值=0.00美元, 美元, 和0.1美元。 流流的平流的温度变化是三级的变化, 运行的分 。 显示, 不断的流的变化为 不断变化为 不断变化为 。 。 流的解为 不断变化为 。 流的解为 流 流 流的解为 流的解为 。

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