بخشی از مقاله
چکیده
در طی چند دهه اخیر درصنعت سرمایش وگرمایش باتوجه به مسئلهی بحران انرژی و مسائل زیست محیطی تمام تلاش محققین براین است که روش هایی اقتصادیتر وسازگار بامحیطزیست درپیشگرفته شود.تحقیقات وسیعی بر روی افزایش نرخ انتقال حرارت به منظور حفظ عملکرد مطلوب آنهاانجامشده است.یکی از روشهای افزایش انتقال حرارت استفاده از سطوح گسترده بوده که سبب حجیم شدن و افزایش فضای مورد نیاز برای تجهیزات میشود. یکی دیگر از این روشها استفاده از نانوسیالات است، که با بهبود خواص ترموفیزیکی سیال سبب افزایش انتقال حرارت میگردد.
یکی دیگر از روش های افزایش انتقال حرارت سیال افزایش عدد رایلی می باشد. یکی از مسائلی که امروزه در طراحی مبدلهای حرارتی مورد تحقیق و بررسی قرار داده می-شود، افزایش میزان انتقال حرارت با کمترین میزان حجم مبدل حرارتی است. مقاطع غیر دایرهای نظیر کانالهای با مقطع مربعی و مثلثی چون با کاهش افت فشار برای جریان سیال عبوری داخل کانال همراه میباشند از جمله مواردی است که باید به آن پرداخته شود.همچنین برای بهبود عملکرد حرارتی می توان عدد رایلی سیال را افزایش داد. در این تحقیق به بررسی انتقال حرارت جابه جایی آزاد نانو سیال آب با عددهای رایلی متفاوت داخل لوله مربعی پرداخته شده است. نتایج نشان می دهدکه با افزودن عدد رایلی از 106به 107 مقدار انتقال حرارت حدود 87 درصد افزایش می یابد.
واژگان کلیدی: جابجایی آزاد،کانتور دما، لوله مربعی، عدد رایلی
-1 مقدمه
بیشترین و کمترین بررسی انتقال حرارت جابجایی در کانال های غیر دایرهای جهت استفاده در کاربردهای صنعتی گرمایشی و سرمایشی مانند مبدلهای هوایی بسیار حائز اهمیت است. انتقال حرارت این کانالها به علت کاهش سطح تماس سیال با دیواره پایین است، همچنین تنش برشی ناشی از تماس سیال با دیواره در طول مسیر جریان سیال کمتر میباشد و نیز افت فشار کمتری نسبت به کانالهای دایرهای دارند. افت فشار پایین این مقاطع اهمیت آن را در کاربردهای صنعتی بارزتر مینماید. مطالعاتی در مورد لوله های غیر دایره ای انجام شده است.
از جمله کارهای دقیق اولیه می توان به بررسی های سایتو و هیروس، و دوهل دیویس، اشاره نمود . این محقق ین جابجایی آزاد در یک محفظه مربع ی با دیواره های افقی عایق و دیواره های عمودی در دو دمای ثابت و متفاوت را به روش عددی حل نموده اند. در سالهای بعد مطالعات بر روی محفظه هایی که از دیواره های پایینی نیز گرم می شدند، انجام گرفت، که از جمله می توان به کارهای تورنس و فوزگی و فاروک اشاره نمود.
در این مطالعات جابجایی آزاد از محفظه های مربعی طبقه بندی شده ک ه از وجه پایینی بصورت موضعی گرم می شدند، بررسی شده است . دنگ و همکارانش، جابجایی آزاد سیال آرام در محفظه مستطیلی با منابع حرارتی مجزا بر روی دیواره را، مورد مطالعه قرار داده اند . آنها نشان دادند که بطور کلی نقش منابع حرارتی دما ثابت از منابع شار حرارت ی ثابت، بیشتر است. نیدیادوی و همکارانش، جابجایی آزاد را در محفظه مستطیلی با دیواره جانبی گرم، در نه موقعیت مختلف منبع حرارتی، مورد بررسی قرار داده اند . ناحیه گرم در بالا، وسط، و پایین محفظه واقع شده و موقعیت ناحیه سرد نیز از پایین تا بالای محفظه تغییر می کند، تا مقدار انتقال حرارت مشخص گردد.
- T2-T1 - اختلاف دمای دیواره سمت راست وچپ می باشد و خصوصیات ترموفیزیکی نانوسیال از خصوصیات آب ونانوذره در دمای متوسط دیواره سمت راست وچپ محاسبه شده است.در کلیه کارهای عددی یا شبیهسازی به منظور اطمینان از صحت نتایج به اعتبارسنجی کار نیاز است. بدین منظور در این پژوهش شبیهسازی برای سیال آب صورت گرفته. با استفاده از رابطه های4و5 ضریب هدایت حرارتی متوسط را به دست آورده و سپس با استفاده از شار حرارتی متوسط به دست آمده از فلوئنت ورابطه 6 ضریب هدایت حرارتی متوسط را محاسبه شده است.
با توجه به تعریف عدد رایلی که در معادله نیز بیان شد، طول مشخصه و اختلاف دمای بین دو دیواره دو پارامتر مهم و تأثیر گذار بر مرتبه عدد رایلی هستند. که در اکثر مواقع با استفاده از این دو پارامتر اثر تغییرات عدد رایلی مطالعه می شود. در این بخش تغییرات اثر رایلی بر انتقال حرارت جابجایی آزاد با استفاده از تغییر در اختلاف دمای بین دو دیواره بررسی شده است. لازم به ذکر است که با تغییر در اختلاف دمای بین دو دیواره، خواص ترموفیزیکی که در دمای فیلم محاسبه می شدند نیز تغییر میکند.
