مقاله تأثیر حضور موانع بر روی انتقال حرارت در محفظه بسته

بخشی از مقاله

چکیده

در این پژوهش انتقال حرارت جابجایی آمیخته با نانوسیال آب-اکسید مس در یک محفظه مربعی شکل همراه با سه مانع مستطیلی با آرایشهای مختلف به روش عددی شبیه سازی شده و مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج این تحلیل نشان میدهد که وجود مانع، سیرکولاسیون و حرکت منظم سیال را دچار اختلال می کند. همچنین، وجود موانع در محفظه میتواند تا حد زیادی خطوط جریان و همدما را تحت تاثیر قرار دهد. این رفتار ناشی از برهم خوردن حرکت مسیر سیال بعلت عبور از میان موانع است.
واژه های کلیدی: جریان سیال، محفظه مربعی، نانوسیال، درپوش محفظه.

-1 مقدمه

در چند سال اخیر اضافه کردن پودر نانوذرات جامد اکسیدی و غیر اکسیدی به سیالات انتقال حرارت با نام تجاری نانوسیال، چالشها و محدودیتهای استفاده از سیالات انتقال مانند کاهش ضریب انتقال حرارت هدایتی را تا حد زیادی بهبود بخشیده است. انتقال حرارت در تانکهای ساکن ذخیره مایعات ، ابگرمکن های خورشیدی و غیره نمونه های کاربردی مطالعات اخیر پژوهشگران را به بررسی رفتار انتقال حرارت و جریان در محفظه و هندسه هایی از این قبیل سوق داده است. وانگ و همکاران [1] به مطالعه انتقال حرارت جابجایی را در یک محفظه دوبعدی برای نانوسیالات گوناگون به طور عددی بررسی کردند. نتایج آنها نشان داد که برای نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم ضریب انتقال حرارت متوسط به ازای افزایش%10 کسرحجمی نانو ذرات، تقریبا % 30 افزایش یافت. بیشترین افزایش انتقال حرارت در کسر حجمی %15 نانوسیال آب-مس بود. چارازد و سمیر[2] به بررسی افزایش انتقال حرارت جابجایی آزاد در یک محفظه مربعی با استفاده از دو پره پرداختند. نتایج آنها نشان داد که استفاده از دو پره بر روی دیوار گرم مقدار عدد ناسلت را همیشه نسبت به حالت بدون پره کاهش می دهد علت اصلی ان استفاده از پره که موجب کاهش جریان و کاهش انتقال حرارت جابجایی طبیعی می گردد. درزی و همکاران [3] به بررسی تاثیر افزودن پره در یک محفظه مربعی با درپوش متحرک شکل پرداختند. نتایج بدست امده نشان داد که وجود پره در اعداد ریچاردسون بالا سبب افزایش انتقال حرارت می شود و با افزایش تعداد پرهها تعداد حفرههای چرخشی ایجاد شده در نزدیکی سطح پایینی محفظه زیاد شده و سیال در این قسمت بلوکه میشود. در این مقاله به بررسی عددی جریان طبیعی و اجباری نانوسیال آب-اکسیدمس در یک محفظه مربعی می پردازیم. اضافه کردن نانوذرات جامد در سیال پایه، قرار دادن مانع مستطیلی در سه آرایش مختلف، متحرک بودن درپوش بر روی میزان انتقال حرارت و رفتار جریان به صورت همزمان، عوامل مختلفی هستند که این تحقیق را نسبت به سایر مطالعات متمایز می کند.

-2بیان مساله
 
در این تحقیق شبیهسازی عددی جریان و انتقال حرارت توام و آرام نانوسیال آب-اکسیدمس به روش حجم محدود و در داخل یک محفظه بسته مربعی شکل به طول ضلع h مدنظر است. برای بهرهمندی از اختلاط بهتر جریان، از موانع مستطیلی شکل در سه آرایش مختلف در حالتهای - 1 - ، - 2 - و - 3 - در محفظه مربعی استفاده میشود. استفاده از پودر نانوذرات جامد در کسر حجمی - - مختلف 0، 2 و 4 نانوذره جامد در سوسپانسیون خنک کننده مورد توجه است. میدان گرانشبرای ریچاردسون 0/1 مدنظر است. درپوش بالای محفظه با سرعت ثابت 80 به سمت محور مثبت [ حرکت میکند. دیواره پایینی محفظه به طول 0.6K تحت تاثیر دمای گرم 7K معادل 308 درجه کلوین و دیواره بالای به طول K تحت تاثیر دمای سرد 7F معادل 298 درجه کلوین قرار گرفته است و مابقی دیواره ها عایق هستند. در شکل - 1 - ابعاد هندسی و موقعیت قرار گیری مربوط به هریک از حالات - 1 - ، - 2 - و - 3 - در محفظه مربعی مورد بررسی نمایش داده شده است.

شکل - 1 - شماتیک هندسه و پارامترهای ابعادی محفظه مورد بررسی

در این تحقیق نانوسیال آب- اکسیدمس در کسر حجمی مورد بررسی تکفازی و نیوتنی است. میدان جریان به صورت دوبعدی و دایم و در مختصات کارتزین و به روش حجم محدود شبیه سازی می شود. به جز دیواره بالایی به طول h که تحت تاثیر دمای ثابت Th=298K و دیواره پایین به طول 0.6h که دمای آن Tc=308K است، مابقی دیواره و موانع داخلی عایق هستند. بر روی کلیه دیواره ها شرط مرزی عدم لغزش معتبر است. خواص ترموفیزیکی نانوذرات جامد و سیال پایه در جدول - 1 - ارائه شده است.

جدول - 1 - خواص سیال پایه و نانوذرات اکسیدمس .[4]

-3معادلات حاکم