بخشی از مقاله
چکیده
اعمال میدان مغناطیسی به عنوان یکی از روش های نوین بهبود انتقال حرارات مطرح است. در این مقاله به بررسی اثر میدان مغناطیسی و پارامتر های فیزیکی موثر مانند نسبت قطر و عدد رایلی بر بهبود انتقال حرارت ناشی از عبور نانوسیال در فضای بین دو استوانه هم مرکز پرداخته شده است. برای بررسی بهبود انتقال حرارت از عدد بی بعد ناسلت استفاده شده است و همچنین برای بررسی اثر میدان، از میدان متغیر حاصل از سیم حامل جریان استفاده شده است. نتایج تاثیر بسزای نیروی مغناطیسی بر توزیع دما، خطوط جریان و بهبود انتقال حرارت را در شرایط مختلف نشان داده اند.
-1 مقدمه
گرمایش و سرمایش یک سیستم توسط سیال در بسیاری از صنایع مانند صنایع الکترونیک، نیروگاه ها، دستگاه های نوری، آهنرباهای ابررساناها، کامپیوترهای فوق سریع و موتور اتومبیل از اهمیت زیادی برخوردار است. سیستم های خنک کننده و گرمایشی بر پایه روش های مختلف انتقال حرارت طراحی می شوند.
لی و همکاران [1] ضریب رسانش سوسپانسیون نانو ذرات اکسید مس و اکسید آلومینیوم در آب و اتیلن گلیکول را به صورت تجربی مورد بررسی قرار دادند. نتایج آن ها نشان داد که نانو سیالات در مقایسه با سیالات پایهی خود، دارای ضریب انتقال حرارت رسانایی بالاتری هستند. نتایج آن ها ضریب رسانایی موثر نانوسیال را به صورت تابعی از ضریب رسانایی سیال پایه و نانو ذرات و نسبت حجمی آن بیان کرد.
خانافر و همکاران [2] اولین کسانی بودند که جریان نانوسیال را به صورت عددی شبیه سازی کردند .آنها جریان جابجایی طبیعی مخلوط آب و مس را در یک حفره ی مربعی مورد بررسی قرار دادند. نتایج آن ها نشان داد که انتقال حرارت و سرعت جریان نانوسیال نسبت به سیال خالص به دلیل افزایش ضریب رسانش حرارتی و حرکت تصادفی نانوذرات، افزایش مییابد.
میگا و همکاران [3] به بررسی عددی جابهجایی اجباری جریان آرام و درهم نانوسیال در یک لوله با شار حرارتی ثابت پرداختند. آنها از فرض مدل تک فاز استفاده کرده و تاثیر نانوذرات را تنها با جاگذاری تاثیر خواص نانوسیال در معادلات حاکم در نظر گرفتند. آنها به شبیهسازی مخلوط اکسید آلومینیوم-آب و اکسید آلومینیوم-اتیلن گلیکول پرداختند.
بیان مساله
رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی جریان آرام و غیرقابل تراکم یک نانوسیال مغناطیس شونده - با فرض سیال پایه بعلاوه %4 اکسید آهن - در یک جریان بین دو استوانه هم مرکز و در حضور میدان های مغناطیسی مختلف به صورت عددی با استفاده از مدل دوفازی مخلوط و روش حجم محدود مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا نتایج حاصل با نتایج چارچیل و اکرت بررسی شد. سپس به برسی الگوی جریان و دمای نانوسیال تحت اثر نیروی مغناطیسی متغیر در عدد رایلی های مختلف پرداخته شده است.
معمولاً دراستخراج معادلات برای جریان چندفازی از دو تعریف مختلف برای میانگین سرعت استفاده میشود. اگر سرعت لحظهای موضعی فاز k را با1 نشان دهیم میانگن سرعت میتواند به عنوان تابعی از uk u Ik تعریف شود، که خط تیره بالای میانگین داخلی، برخی میانگینهای ناحیهای همانند حجمی، گام زمانی و گروهی ازذرات را نشان میدهد. یک تعریف پیشنهادی میانگین سرعت مبتنی بر سرعت وزنی با چگالی موضعی Ik میباشد.
که k چگالی میانگین استبنابر دستاورد ایشی معادله پیوستگی و ممنتوم برای فاز k ام بصورت زیر بیان میشود. که k حجم کسری فاز k می باشد. k ترم نرخ تولید جرمی فاز k ام در سطح مشترک، M k چشمه ممنتوم سطحی برای فاز k ام و k و Tk تانسور تنش میانگین لزجی و آشفته را نشان میدهند
در این شبیه سازی از میدان مغناطیسی خارجی برای بهبود انتقال حرارت استفاده شده است. به علت مغناطیس پذیر بودن سیال همگن تشکیل شده از نانو ذرات مغناطیسی، افزایش قدرت میدان بر مومنتوم سیال و درنتیجه رفتار آن موثر خواهد بود. در حالت کلی نیروی مغناطیسی بصورت زیر تعریف می شود.مقادیر شدت مغناطیسی حول سیم حامل جریان الکتریکی در دو راستای به صورت زیر در نظر گرفته شده است:
که a وb مختصات محل قرار گیری سیم حامل جریان وγ قدرت میدان مغناطیسی در این محل میباشند. ترم های موثر بر مومنتوم سیال نیز از رابطه زیر بدست می آیند که بصورت یک تابع تعریف شده و ورودی در نرم افزار فلوئنت معرفی می شوند.
مدل اصلی به صورت یک هندسه سه بعدی در نظر گرفته شده است تا بتوان اثرات میدان را در آن در نظر گرفت. هندسه از دو استوانه متحد المرکز در یک دامنه محاسباتی استوانه ای تشکیل شده است. در شکل زیر مدل اصلی و نماهای آن از زوایای مختلف نشان داده شده است.
