بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله انتقال گرمای جابجایی طبیعی در یک محفظه مربعی حاوی نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم در حضور میدان مغناطیسی با زوایای مختلف به روش عددی بررسی شده است که در این مطالعه دیوار سمت چپ و راست و همچنین نیمی از دیواره بالا و پایین به طور کامل عایق، نیمی دیگر از دیواره ها که عایق نمی باشند دراختلاف دمای مشخصی قرار دارند، معادلات حاکم برجریان از روش حجم کنترل و استفاده از الگوریتم سیمپل حل شده اند سپس اثر میدان مغناطیسی بر میزان انتقال حرارت در محفظه ی مربعی حاوی نانوسیال باتغییر درصد حجمی نانوذرات در رایلی و هارتمن های مختلف بررسی می شود و شرایطی که مورد مطالعه قرار می گیرند عبارتند از:
✓ اعمال میدان مغناطیسی، افزودن نانوذرات برای کوچکترین عدد هارتمن و تاثیر آن بر نرخ انتقال حرارت.
✓ استفاده از نانوسیال به جای سیال خالص وچگونگی تغییر عدد ناسلت، اثر مثبت در انتقال حرارت برای اعداد رایلی و همچنین افزایش درصد حجمی نانوذرات و چگونگی تاثیر آن بر عدد ناسلت را به دست خواهیم آورد.
✓ تاثیر زاویهی میدان مغناطیسی، نقش آن بر میدانهای جریان، دما و نرخ انتقال حرارت.
-1 مقدمه
جریان سیال و انتقال حرارت در یک محفظه، نمودهای بسیاری در طبیعت و دستگاههای مهندسی دارد. کنترل انتقال حرارت در بسیاری از سیستمهای انرژی به علت بالا رفتن هزینه بسیار مشکل است.[ 1] نانوسیالها از پراکنده کردن ذرات فلزی با ابعاد نانو در یک سیال پایه - مانند آب، اتیلن گلیکول یا پروپیلن گلیگول - ایجاد میشوند. استفاده از نانوذرات فلزی با هدایت حرارتی بالا - مانند مس، نقره، آلومینیوم و سیلیکون - در سیال پایه موجب افزایش انتقال حرارت خواهد شد.
لذا نانو سیالات به علت عملکرد حرارتی بالایی که دارند در بسیاری از مواردی همچون گرمایش ساختمان، خنک کاری اتومبیل و مبدلهای حرارتی توجه بسیاری را به خود جلب نموده اند.[1-4] به شاخهای از مطالعات که به اثر متقابل بین میدان مغناطیسی و سیال هادی درحال حرکت میپردازد هیدرودینامیک مغناطیسی - MHD - 3 میگویند.[5] به علت کاربردهای بسیار زیادی که جریان هیدرودینامیک مغناطیسی در مسائل مهندسی از قبیل رشد کریستال در مایعات، سرمایش رآکتورهای هستهای، پکیجهای الکترونیکی، ابزارهای میکروالکترونیکی و تکنولوژی خورشیدی ایفا میکند، در سالهای اخیر توجه بسیاری از محققان را به خود معطوف نموده است.[6] لذا در این پروژه به بررسی این مورد پرداخته شده است.
-1-1 نانوتکنولوژی
طراحی، ساخت و استفاده از محصولاتی که اندازهی آنها در بازهی 100 -1 نانومتر قرار دارند را نانوتکنولوژی گویند. نانو یک مقیاس جدید در فناوریها و یک رویکرد جدید در تمام رشتههاست. نانوتکنولوژی مطالعهی ذرات در مقیاس اتمی برای کنترل آنهاست. هدف اصلی اکثر تحقیقات نانوتکنولوژی شکل دهی ترکیبات جدید با ایجاد تغییراتی در مواد موجود است. نانوتکنولوژی در الکترونیک، زیست شناسی، ژنتیک، هوانوردی و مطالعات انرژی بکار برده میشود.
در تکنولوژی نانو، اولین اثر کاهش اندازهی ذرات، افزایش سطح است. افزایش نسبت سطح به حجم نانو ذرات باعث میشود که اتمهای واقع در سطح، اثر بیشتری نسبت به اتمهای درون حجم ذرات، بر خواص فیزیکی ذرات داشته باشند. این ویژگی واکنش-پذیری نانوذرات را بشدت افزایش میدهد. علاوه بر این افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را تغییر داده و منجر به تغییر فاصلهی بین ذرات یا فاصلهی بین اتمهای ذرات می-شود. فناوری نانو خود به تنهایی علم نیست بلکه با استفاده از آن می توان به کاربردی کردن علوم مختلف کمک کرد. فناوری نانو به سه صورت تعریف میشود:
أ- فناوری نانو محدودهی تحقیقات، مطالعهی مواد و خصوصیات آنها در در محدودهی 100 -1 نانومتر را در بر میگیرد.
ب- با کمک فناوری نانو میتوان ساختارهای نانویی خلق کرد که خصوصیات آنها با خصوصیات ماکروسکوپی همان مواد متفاوت است.
ج- با کمک فناوری نانو میتوان در اتمها از طریق کنترل خصوصیات، تغییراتی ایجاد نمود زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی میشوند، واکنش و رفتار اتمها در مقایسه با حالتیکه مطالعه در سطح ملکولی انجام میشود کاملاً متفاوت است و علت آن، متفاوت بودن خصوصیات فیزیکی مواد در این قلمرو است. تفاوت در قلمرو نانو به حدی است که حتی رنگ، نقطهی ذوب، خصوصیات شیمیایی و غیرهی مواد در خارج از این محدوده کاملاً متفاوت است.
-2-1 خواص مغناطیسی نانوذرات
در نانوتکنولوژی پیچیدهترین تأثیر اندازهی ذرات، تأثیر بر خواص مغناطیسی ماده است. یک مادهی تودهای فرومغناطیس، با حوزههای مغناطیسی که هر کدام حاوی هزاران اتم هستند شناخته میشود. در یک حوزهی مغناطیسی جهت چرخش الکترونها یکسان است. اما حوزه- های مغناطیسی متفاوت، جهات چرخش متفاوتی دارند. تغییر فاز مغناطیسی وقتی رخ میدهد که یک میدان مغناطیسی بزرگ تمام حوزههای مغناطیسی را یک جهت کند.
به عنوان مثال در مورد نانوذرات، حوزههای مشخصی دیده نمیشود. بنابراین تصور میشود که در این مواد، سیستمهای ساده تری وجود خواهند داشت. اما در حقیقت چیزی بر عکس این موضوع است. ذرات مغناطیسی کوچک و حتی جامدات غیر مغناطیسی با اندازه دانهی کوچک، نوع جدیدی از خواص مغناطیسی را نشان می-دهند. این خواص متأثر از خاصیت کوانتمی اندازه ذرات است که برای درک آن نیاز به مطالعات بسیار زیادی است. اندازهی ذرات مورد بحث ما، معمولاً کمتر از اندازهی حوزههای مغناطیسی در جامدات است. بنابراین یک ذره همچون یک اتم مجزا رفتار میکند که گشتاور مغناطیسی بزرگی دارد.
-2 بیان مسئله و اهداف
شکل - - 1 هندسهی مسألهی بررسی شده در این تحقیق را نشان میدهد. در این تحقیق هدف بررسی جابجایی طبیعی نانو سیال آب-اکسید آلومینیوم در یک محفظه مربعی، که در معرض یک میدان مغناطیسی قرار دارد و به صورت عددی می باشد، پرداخته میشود. در این مطالعه دیوار سمت چپ و راست و همچنین نیمی از دیواره بالا و پایین به طور کامل عایق، نیمی دیگر از دیواره ها که عایق نمی باشند در اختلاف دمای مشخصی قرار دارند. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی برای مسألهی مذکور با استفاده از الگوریتم سیمپل و توسط برنامه نویسی حل شده است. خواص ترموفیزیکی آب و نانوذرات اکسید آلومینیوم در جدول - 1 - نشان داده شده است. اثر پارامترهای زیر بر روی میدان جریان و دما و نرخ انتقال حرارت مورد بررسی واقع شده است.
