بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به بررسی اثر نیروي شناوري مخالف بر جریان و انتقال حرارت جابجایی ترکیبی نانوسیال حاوي نانولولههاي کربنی درون کانال عمودي مستطیلی پرداخته شده است . نانوسیال ورودي به کانال داراي دماي بیشتري نسبت به دیوارهي کانال بوده و کانال را از پایین به سمت بالا طی میکند. شرط مرزي نیز ثابت بودن دماي دیوارههاي کانال میباشد. شرایط شناوري مخالف که معناي جهتگیري غیر همسوي جریان و نیروي شناوري میباشد نیز در کانال برقرار است.
معادلات حاکم به صورت عددي و با استفاده از روش حجم محدود که در آن ترمهاي جابجایی از طریق اختلاف بالادست مرتبهي دوم گسستهسازي شده است، حل میگردند نتایج نشان میهند که نیروي شناوري مخالف و افزایش آن موجب کاهش عدد ناسلت درون کانال میگردد.
-1 مقدمه
بررسی و مطالعات فراوانی بر روي انتقال حرارت جابجایی ترکیبی - طبیعی و اجباري - درون کانالهاي عمودي صورت گرفته است. علت این موضوع اهمیت و کاربرد این نوع از انتقال حرارت در مبدلهاي حرارتی، راﮐﺘﻮرﻫﺎي هستهاي، سیستمهاي خورشیدي و خنککاري قطعات الکترونیکی است. چنگ و همکاران[ 1]1 به مطالعه و بررسی انتقال حرارت جابجایی ترکیبی با نیروي شناوري موافق درون کانالی با دیوارههاي گرم متقارن پرداختهاند. در پژوهش آنها مقادیر بحرانی جهت وقوع پدیده ي برگشت جریان محاسبه شده است.
بارلتا و همکاران[2]2 روابطی تحلیلی را براي انتقال حرارت ترکیبی جریان توسعهیافته درون کانال ارائه کردند. مطالعات آنها ﻣﺤﺪود به جریان توسعهیافته بوده است. یانگ و همکاران[ 3]3 به تحلیل عددي انتقال حرارت جابجایی با نیروي شناوري موافق در کانال مستطیلی عمودي پرداختهاند. نتایج آنها نشان میدهد که سیال در گوشههاي کانال دچار افزایش سرعت شده و از سرعت آن در مرکز کانال کاسته میشود.
در پژوهشی دیگر یانگ و همکاران [4] تحلیل عددي را بر روي انتقال حرارت جابجایی تحت نیروي شناوري مخالف صورت دادند. آنها در پژوهش خود بیان داشتند که با افزایش اثر نیروي شناوري مخالف در کانال عمودي، عدد ناسلت ﺟﺮﯾﺎن کاهش یافته و تولید آنتروپی افزایش مییابد.
منگولی[5]4 به مطالعه عددي بر روي انتقال حرارت طبیعی یک نانوسیال در یک سیلندر افقی پرداختهاند. آنها در پژوهش خود عنوان داشتند که عدد ناسلت نانوسیال با افزایش عدد رایلی افزایش مییابد. این مطالعه که در هندسهي سهبعدي و به روش دینامیک سیالات محاسباتی صورت گرفته نشان میدهد که در یک عدد رایلی ثابت ،افزایش کسر حجمی نانوسیال موجب کاهش ﻋﺪد ناسلت میگردد.
بوچمل و همکاران[6]5 نیز به مطالعه عددي بر انتقال حرارت ترکیبی و همچنین تولید آنتروپی نانوسیال مس- آب درون یک حفره پرداختهاند . آنها بررسیهایی پیرامون اثر پارامترهاي مختلف مانند نسبت حجمی نانوذرات، عدد رایلی، عدد رینولدز و شرایط دمایی بر روي تولید آنتروپی صورت دادهاند. بر اساس نتایج آنها افزایش عدد رینولدز موجب افزایش عدد ناسلت میانگین میشود.
این پژوهش به بررسی اثر نیروي شناوري مخالف بر جریان و انتقال حرارت نانوسیال حاوي نانولولههاي کربنی درون کانال مستطیلی عمودي پرداخته است..
-2 تعریف مسئله و شرایط مرزي
در این پژوهش به بررسی اعمال نیروي شناوري مخالف بر جریان نانوسیال و همچنین اثر تغییر عدد رینولدز جریان بر پارامترهاي هیدرودینامیکی و حرارتی درون کانال مستطیلی پرداخته شده است. نتایج براي مقادیر مختلف پارامتر شناوري مخالف در بازهي - 300 Ω - 100 محاسبه شده است. در این بررسی عدد رینولدز داراي مقدار ثابت Re =100 است. با توجه به ثابت بودن مقدار عدد رینولدز و دماي نانوسیال ورودي به کانال، با تغییر مقدار پارامتر شناوري مخالف، مقدار عدد گراشهف و در نتیجه دماي دیوارهي کانال نیز دچار تغییر خواهد شد.
سیال ورودي به کانال داراي دماي بالاتري نسبت به دیوارهي کانال است. کانال داراي نسبت ارتفاع به طول h/ L = 40 و همچنین نسبت طول به عرض L/ W=4 است. خواص ترموفیزیکی آب و نانولولههاي کربنی در جدول - 1 - و مشخصات نانولولههاي کربنی مورد استفاده که شامل سیال پایه آب و ذرات نانولوله کربنی است در جدول - 2 - آورده شده است.
ﺟﺪول 1 خواص ترموفیزیکی آب و نانولوله هاي کربنی تک جداره - گاویلی و همکاران - [7 ]6
جدول -2 مشخصات فیزیکی نانولولههاي کربنی مورد بررسی
شکل : 1 هندسه مسئله و شرایط مرزي حاکم بر مسئله
