بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، تأثیر میدان مغناطیسی بر مشخصههای جریان نانوسیال -FeR3ROR4R آب، در یک لوله افقی با شار حرارتی ثابت و رژیم جریان آرام، برای دو حالت رینولدز ثابت و دبی ثابت، به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفت. مدل ارائه شده قادر است که مشخصههای جریان نانوسیال را در حضور و عدم حضور میدانهای مغناطیسی برای کسر حجمیهای متفاوت از نانوذرات در لوله پیشگویی کند. ملاحظه شد افزودن نانوذرات به سیال پایه و اعمال میدان مغناطیسی بر آن باعث میشود که توان بالاتری برای پمپ کردن نانوسیال لازم باشد. همچنین مشاهده شد که افت فشار در حضور میدان مغناطیسی تا چندین برابر افزایش مییابد و ضریب اصطکاک بیشتر میشود. اعمال میدان مغناطیسی قبل از ناحیه تست تغییری در پروفیل بدونبعد سرعت محوری ایجاد نمیکند.
واژههای کلیدی: مشخصههای جریان، جریان آرام، نانوسیال، میدان مغناطیسی
– 1 مقدمه
روشهای زیادی برای افزایش یا کنترل انتقال حرارت پیشنهاد شده است، یکی از این روشها استفاده از نانوسیالات برای انتقال گرماست. از طرف دیگر، شناخت جریان نانوسیالات در حضور میدانهای خارجی و تأثیر میدانهای خارجی بر نرخ انتقال حرارت نانوسیالات موضوع بحث بسیاری از علوم مهندسی و پزشکی میباشد.انتقال حرارت یک سیال فرو بر پایه کروزن در یک استوانه و تحت تأثیر میدان مغناطیسی را شبیه سازی کردند. آنان گزارش کردند که در حضور میدان مغناطیسی، انتقال حرارت افزایش مییابد و تشکیل تودههای نانوذرات باعث کاهش انتقال حرارت میشود .یک مطالعه روی انتقال حرارت طبیعی جریان آرام در حضور میدان مغناطیسی در یک کانال مربعی شکل مورب انجام دادند. شبیه-سازی آنان نشان داد که با افزایش عدد هارتمن، عدد ناسلت کاهش مییابد. Li و [3]Xuan، انتقال حرارت جابهجایی اطراف یک سیم گرمایش یافته، تحت تأثیر میدان مغناطیسی یکنواخت را مورد بررسی تجربی قرار دادند. آنان در این کار از نانوسیال -FeR3ROR4Rآب با کسر حجمی یک درصد از نانوذرات استفاده کردند.
در کار آنان مشاهده میشود که اعداد ناسلت سیال مغناطیسی در حضور میدان مغناطیسی برای اکثر اعداد رینولدز، کوچکتر از حالت بدون میدان مغناطیسی است و با افزایش عدد هارتمن، عدد ناسلت کاهش یافته است. ایشان دلیل این اتفاق را ناشی از افزایش ویسکوزیته سیال مغناطیسی در حضور میدان مغناطیسی دانسته اند که باعث تضعیف سیالیت سیال و در نتیجه کاهش انتقال حرارت میشود . در سال 2010 تاثیر میدان مغناطیسی بر انتقال حرارت محلی در جریان آرام درون لوله با سیال پایه آب را مورد بررسی قرار دادند. آزمایشات آنان افزایش در عدد ناسلت را نشان داد. همچنین آنان در کار دیگری[5]، تاثیرات میدان مغناطیسی بر مشخصه های جریان سیال آب را مورد مطالعه قرار دادند. یک کار تجربی روی انتقال حرارت هدایتی جریان آرام سیال فرو شامل نانوذراتFeR3ROR4R در حضور میدان مغناطیسی انجام دادند. ایشان دلیل افزایش انتقال حرارت نانوسیال تحت تأثیر میدان مغناطیسی را تغییر در خواص ترموفیزیکی سیال فرو مانند هدایت حرارتی و ظرفیت گرمایی ویژه میدانند . جابه-جایی اجباری آرام شامل نانوسیال -AlR2ROR3R آب را در یک میکروکانال افقی، بصورت عددی مطالعه کردند. نتایج تحقیقات آنان حاکی از این امر بود که با افزایش عدد هارتمن، عدد ناسلت افزایش مییابد و دلیل این امر را سرعت جریان بالا در مجاورت دیواره-های میکروکانال دانستند که متأثر از انتقال حرارت جابجایی بالا از دیوارهها به جریان است. تأثیر میدان مغناطیسی بر انتقال حرارت جابهجایی طبیعی نانوسیال مس-آب و اکسید مس- آب بهترتیب بصورت عددی مورد مطالعه قرار گرفت.
-2 دستگاه آزمایش
شماتیک دستگاه آزمایش در شکل - - 1 آورده شده است. نانوسیال مورد استفاده در این کار –FeR3ROR4Rآب میباشد. نانوسیال درون تانک سرکولاتور در دمای خاصی تنظیم میشود و از این جا به سمت قسمت تست، پمپ میشود. سیال درون تانک سرکولاتور توسط یک همزن در طول مدت آزمایش دائماً هم زده میشود تا بدین ترتیب دما در همه نقاط تانک یکسان گردد. سرکولاتور دارای پنج دبی مختلف قابل تنظیم میباشد. شیلنگ سیلکونی ما بین خروجی سرکولاتور تا ابتدای قسمت تست، بوسیله عایق مخصوصی بهنام عایق لوله مسی پوشش داده شده است، تا اتلاف حرارتی ناچیز شود و بر این اساس، دمای ورودی به قسمت تست با دمای تانک سرکولاتور برابر فرض میشود. میدان مغناطیسی توسط دو آهنربا که قطب ناهمنام آنان رو به هم است، اعمال می-شود. این دو آهنربا قبل از لوله آزمایش و در طرفین شیلنگ یلکونیِس پوشش داده شده بوسیله عایق، قرار داده شدهاند. سیال مغناطیسی در هنگام عبور از این قسمت از چرخه، تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرار میگیرد و سپس وارد لوله آزمایش - قسمت تست - میشود. لوله آزمایش، یک لوله مسی به طول یک متر، قطر داخلی 6 میلیمتر و قطر خارجی 14 میلیمتر - ضخامت 4 میلیمتر - است. با استفاده از یک نوار حرارتی که روی لوله مسی پیچیده شده است، شرایط شار حرارتی ثابت توسط منبع تغذیه تأمین میشود. تعداد یازده ترموکوپل هر یک به فاصله 10 سانتیمتر درون سوراخهایی روی لوله مسی تعبیه شدهاند و قبل از این کار، سیم ترموکوپلها توسط عایقی به نام وارنیش حرارتی پوشش داده شدهاند. سوراخهای ایجاد شده روی لوله مسی به عمق 3 میلیمتر هستند. وقتی ترموکوپلها درون این سوراخها قرار میگیرند، نوک ترموکوپل از دیواره داخلی لوله مسی 1 میلیمتر فاصله دارد. سپس لوله مسی توسط عایق لوله مسی پوشش داده میشود. دمای اندازهگیری شده توسط این ترموکوپلها بوسیله نمایشگر دما نشان داده میشوند.. ترموکوپل دوازدهم هم بعد از خروجی لوله مسی، درون شیلنگ سیلکونی قرار داده شده است که دمای توده خروجی را اندازهگیری میکند.
شکل - : - 1 شماتیک دستگاه آزمایش
-2 مدل ریاضی
اگر میدان مغناطیسی به سیال هادی جریان الکتریسته اعمال شود آنگاه نیروی به نام الکترومغناطیسی بدلیل برهمکنش جریان و میدان مغناطیسی ایجاد میشود. مشخص شده که نیروی محرکه ایجاد شده در اثر اعمال میدان مغناطیسی متناسب با سرعت حرکت - V - و شدت شار مغناطیسی - B - میباشد. با بکار گرفتن قانون عمومی اهم دانسیته جریان - J - بصورت زیر تعریف می-شود:
