بخشی از مقاله
چکیده
در این اثر تفاوت رفتار حرارتی نانوسیالات در مقایسه با سیالات عادی با شرایط عدم تعادل حرارتی در فضای هندسی بین دوصفحه موازی پرشده با محیط متخلخل مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. مدل حاکم بر حل مسایل و بسط روابط حاکم مدل برینکمن است که آثار حرکت برآونی به همراه نیروهای ترموفورز و در شرایط ناپایا بررسی شده است . همچنین به تاثیرات ذرات نانویی در درون سیال بصورت کوپل و همزمان با شبکه متخلخل و سیال پایه توجه شده است. کنکاش در نتایج حاصل نشان می دهد که جابجایی در سیال معمولی سریعتر از سیال نانویی آغاز می شود. این مهم نشان می دهد که اثر انتقال حرارت هدایتی در نانوسیالات بیشتر از سیالات عادیه غیر نانویی می باشد. همچنین نرخ انتقال حرارت در مدل تعادل حرارتی کمتر از مقدار آن در شرایط مشابه برای حالت عدم تعادل می باشد.
-1 مقدمه
در تمام سیستم ها و سیکل های طراحی شده افزایش نرخ انتقال حرارت چه از سیستم به محیط و یا بلعکس، مطلوب مورد نظر است.جابجایی طبیعی در محیط های متخلخل مبحثی با دامنه بسیار گسترده است که در زمینه های تحقیقاتی علمی و اصول طراحی مهندسی کاربری های متنوعی دارد . برای نمونه بایستی به کاربرد آن در سیستم های زمین شناسی اشاره داشت آنجا که تمام سطوح در زیر زمین جهت استخراج و پالایش نفت عبور جریان از محیط وابسته به اصول محیط متخلخل - سطوح زمین شناسی - ، نفت - سیال - و دمای لایه های مختلف که همان انتقال حرارت طبیعی است.
در زمینه پالایش آلودگی های زیر زمینی نیز با مبحثی مشابه مواجه هستیم . مدیریت حرارت تولید شده در قطعات الکترونیکی نیز آنجا که محیط متخلخل در حقیقت یک میدان وسیع از شبکه های توری شکل است - بعنوان تحلیل انواع فین ها - امروز در گستره این علوم کاربری دارد. در تمام نمونه های مطرح شده همواره دغدغه اصلی این است که آهنگ انتقال حرارت به بیشترین مقدار ممکن برسد ضمناًو مواد موجود در دامنه پوشش مساله، در دماهای بالا به صورت مواد اولیه باقی بمانند .
-2 پیشینه مطلب
در مدل تعادل حرارتی محلی فرض می شود که اختلاف دمای محلی بین ماتریس جامد و سیال در مقایسه با اختلاف دمای کل سیستم قابل چشم پوشی باشد. از جمله کارهای صورت گرفته براساس تعادل حرارتی، اثر ولی نیا و کریمی پور در بررسی و شبیه سازی جابجایی اجباری نانوسیال در یک کانال دوبعدی حاوی محیط متخلخل با دمای ثابت دیواره اشاره کرد، هرچند نانوسیال خود یک مخلوط دوفازی از دیدگاه درونی محسوب می گردد، ولی با فرض عدم لغزش بین سیال پایه و نانوذرات و باتوجه به تعادل حرارتی بین این دو، آنها نانوسیال را به صورت تک فازی در نظر گرفته و مانند یک سیال معمولی فرض می کنند و تاثیر اعدادرینولدز مختلف برروی پروفیل سرعت و دما در نقاط مختلف از طول کانال و عدد ناسلت روی دیواره پایین در محیط متخلخل را مورد بررسی قرارمی دهند.
نتایج بدست آمده به خوبی حرکت جریان سیال و توزیع دما را در محیط متخلخل در قالب نمودارهای خطوط دما ثابت نشان می دهد. باتوجه به اینکه در اکثر مقالات، دمای دیواره ثابت و حاوی محیط متخلخل، معمولا نتیجه این است که×تخلخل عامل بهبود×انتقال حرارت است. مطلب قابل توجه آنجاست که درکار این محققین و در این مساله خاص عکس مطلب در این مدل نتیجه می شود.
از سویی دیگر زحمتکش [6] تولید آنتروپی نانوسیالات در انتقال حرارت جابجایی طبیعی را در محفظه های متخلخل مستطیل شکل و محفظه که اختلاف دما در دیوار ه های جانبی آن است، می پردازد. همچنین برای تعیین شرایط بهینه از نظر قوانین اول و دوم ترمودینامیک، معادلات بقای جرم، اندازه حرکت و انرژی نانوسیال را به شیوه عددی حل می نماید. و درنهایت نرخ تولید آنتروپی را محاسبه کرده و مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهد.
علاوه بر این، تأثیر کسرحجمی نانو ذرات، عدد رایلی، نسبت منظری محفظه، تبادل تابش و اثرات غیردارسی بر انتقال گرما و تولید آنتروپی در محفظه بررسی می شود. کنکاش در نتایج ارائه شده،به خوبی نشان می دهد که حضور تبادل تابش و اثرات غیردارسی، نقش مهمی در انتقال گرما و تولید آنتروپی در محفظه دارند. در میان نانوسیالات مطالعه شده در کار وی نشان می دهد که بیشترین انتقال گرما و تولید آنتروپی در نانوسیال آب Bمس رخ می دهد.
-3 طرح مساله
در این مساله هدف بررسی حالت ناپایای انتقال حرارت جابجایی طبیعی در فضای هندسی بین دو صفحه بینهایت پر شده با محیط متخلخل می باشد. فضای هندسی دارای شرط مرزی دمای Tc در بالا، TH در پایین و در z=0 یعنی بر روی صفحه پایین v=0 در نظرگرفته شده است تا شرط صفر بودن مولفه نرمال سرعت بر روی دیواره در مدل دارسی برقرار باشد. بنابراین با توجه به نحوه بی بعد سازی سرعت مقدار V نیز صفر خواهد بود.
دمای سیال پایه، دمای ماتریس جامد و نانوذرات در شرایط اولیه برابر در نظر گرفته شده است.
-4 روابط حاکم
حل عمومی مسایل جابجایی طبیعی که به دنبال بررسی آثار همزمان هرسه فاز سیال، ماتریس جامد و نانوذرات باشند از مسیر زیر حاصل می شود. معادلات حاکم بدست آمده پس از مرتب سازی و دسته بندی عبارتند از:
معادله اندازه حرکت:
که در این معادلات، u و v مولفه های سرعت در راستای x و y هستند. دمای سیال پایه، ضریب انبساط حجمی، چگالی نانوذرات، کسرحجمی، چگالی سیال پایه و معرف دمای صفحه بالایی و نفوذپذیری می باشد.در اینجا، نیز شتاب گرانش می باشد.
