بخشی از مقاله
چکیده
خنککاری به یکی از بزرگترین چالشهای پیش روی صنایع پیشرفتهای چون میکروالکترونیک، حمل و نقل، ساخت و دفاع تبدیل شده است که راههای مرسوم در بهبود انتقال حرارت در سیستمهای حرارتی عبارت از افزایش سطح تماس و تغییر مشخصات جریان میباشند، اما روشهای دیگری نیاز است که پاسخگوی کامل درخواست صنایع در خنککاری باشد.تکنولوژی نانوسیال پتانسیل بالایی را برای توسعه سیستمهای خنککاری با عملکرد بالا، در حجم کوچک و با صرفه اقتصادی ارائه میدهد.
دو خصوصیت برجسته نانوسیالها - پراکندگی مناسب ذرات در داخل سیال و ضریب هدایت حرارتی بالا - ، آنها را کاندیدای مناسبی برای نسل آینده سیالهای واسط جهت سیستمهای انتقال حرارت میسازد؛ بنابراین بررسی هرچه بیشتر خواص این نوع از سیالهای انتقالدهنده حرارت برای شناخت مزایا - افزایش ضرایب هدایت حرارتی و انتقال حرارت جابجایی - و معایب آن - افزایش میزان افت فشار و سایش - از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این تحقیق به بررسی انتقال حرارت جابه جایی آزاد نانو سیال آب-آلومینا داخل لوله مربعی پرداخته شده است. انتقال حرارت نانوسیال در غلظت های متفاوت نانوذره آلومینا بررسی شده است. نتایج نشان می دهدکه با افزودن نانو ذره آلومینا با درصد حجمی 0/05 به سیال پایه آب مقدار انتقال حرارت حدود 93 درصد افزایش می یابد.
-1 مقدمه
با پیشرفت علم، تولید نانوذرات از مواد گوناگون میسر شده است. یکی از خصایص مواد در ابعاد نانو، نسبت سطح به حجم بالای آنهاست که تواناییهای خاصی به آنها بخشیده است. نانوسیالات به عنوان دسته مهیج جدیدی از فناوری نانو پدیدار شدهاند که بر پایه سیالات انتقال حرارت میباشند و در چند سال گذشته به طور فوقالعادهای رشد کردهاند. دانشمندان و مهندسان سعی بر این دارند تا قوانین حاکم بر خواص ترموفیزیکی این سیالات را کشف کنند، لذا سازوکارهای جدید پیشنهاد کرده و مدلهای غیر معمولی را برای توضیح این رفتارها ارائه میدهند.
نانوسیال عبارتی است که توسط چوی به نوع جدیدی از سیال انتقال حرارت که شامل مقدار کمی از نانوذرات فلزی یا غیرفلزی بود، اتلاق شد. با اینکه مطالعات تجربی زیادی در باره خصوصیات انتقال حرارت نانوسیال ها صورت گرفته است اما بیشتر آزمایشات در لوله های مدور انجام شده است ،حال آنکه لوله هایی با سطح مقطع غیر دایره ای و با گوشه های تیز به علت افت فشار پایینشان و فشردگی زیاد به طور گسترده و در بسیاری از صنایع کاربرد دارند. مثلا در راکتورهای هسته ای تهویه های مطبوع ، مبدل های حرارتی و غیره. بنابراین دانستن خصوصیات انتقال حرارتی و توزیع دما در این لوله ها ضروری می باشد.
طبق مطالعاتی که توسط زینعلی و همکارانش روی انتقال حرارت جریان نانوسیال در کانال هایی با مقطع مثلث متساوی الاضلاع انجام گرفت این نتیجه حاصل شد که در این کانال ها افت فشار کمتری نسبت به مجراهای دیگر رخ داده است. همچنین نشان دادند که شدت انتقال حرارت به تغییر غلظت نانو ذرات بستگی دارد. تاثیرات ناشی از خطای تخمینی در ویسکوزیته دینامیکی موثر و قابلیت هدایتی در انتقال حرارت جابجایی آزاد مربوط به نانوسیال آلومینیم-آب برای یک محفطه مربعی گرم شده توسط هو و همکارانش بررسی شد .نتایج کار آنها نشان داد از طریق به کارگیری فورمول ویسکوزیته می توان شدت یافتن انتقال حرارت در میان محفظه را تشخیص داد.
کلته و مهرزاد به مطالعه انتقال حرارت جریان آرام نانوسیال در فضای بین کانال مربعی و لوله صلب واقع در مرکز آن پرداختند و نتیجه گرفتند که تغییرات ناسلت متوسط متاثراز تغییرات عدد رینولدز و کسر حجمی نانوذرات است. در ادامه کارهای ذکر شده و در تحقیق حاضر، موضوع اصلی بررسی حرارتی و هیدرودینامیکی جریان نانوسیال آب-اکسید آلومینیم در کانال با مقطع غیر مدور همراه با جسم صلب میانی و صفحه نگهدارنده و نیز بررسی اثر تغییر عدد رینولدز، عدد پرانتل، غلظت نانوذرات و نیز تغییر جریان ورودی جریان است.
نتایج
هندسه مورد بررسی در این تحقیق یک لوله با سطح مقطع مربعی به ضلع 1 وطول 100 سانتیمتر که دیواره بالا وپایین عایق و دیواره های سمت راست و چپ را دما ثابت در نظر گرفته شده است که به صورت دو بعدی در نرم افزار انسیس مشینگ کشیده شده و در فلوئنت بررسی شده است .انتقال حرارت نانو سیال آب -آلومینا در غلظت های 0/05 ،0/07 ،0/08 و0/1 با عدد رایلی 106 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 نانوسیال آب-آلومینا با غلظت 0/05 درصد حجمی صورت گرفته است.
