بخشی از مقاله
چکیده
برای تحلیل رفتار سیالات می توان مطالعات آزمایشگاهی و تجربی را به کار برد . از سالها و قرن های گذشته دانشمندان زیادی تلاش های فراوانی جهت مطالعه ، بررسی و شناخت رفتار جریان های سیالات و در طول دوران های مختلف انجام دادند. در بررسی های انجام شده در این شبیه سازی می توان دریافت، با افزایش ارتفاع دندانه و افزایش درصد حجمی نانوذرات و افزایش عدد رینولدز میتوان نرخ انتقال حرارت را افزایش داد، وجود نانوذرات تأثیر چندانی بر روی پارامترهای هیدرودینامیکی مانند سرعت سیال ندارد و فقط تغییراتی در خطوط جریان در نواحی ورودی میکروکانال ایجاد می کند.
در اعداد رینولدز پایینتر میزان انتقال حرارت بین سطح و سیال افزایش می یابد و سیال فرصت بیشتری برای مبادله گرما به سطح دارد، افزایش بیش از حد ضریب انتقال حرارت نانو سیال دلایل مختلفی دارد که به دلیل مشترک بودن در تمام حالات در این فصل مورد بحث قرار می گیرد. بطوریکه در غلظت %0/025 فقط افزایش 5 درصدی، غلظت %0/5 افزایش 7 درصدی، غلظت %1 افزایش 16 درصدی و نهایتا در غلظت %1/5 افزایش 19/5 درصدی مشاهده گردید و همانطور که از نتایج مشخص است افزایش غلظت باعث افزایش ضریب انتقال حرارت نسبی شده است. به طوری که در رینولذرهای کم، عدد ناسلت نسبی کاهش مییابد که با توجه به افزایش اندک انتقال حرارت به علت افزایش بیشتر ضریب هدایت حرارتی کاهش عدد ناسلت نسبی رخ میدهد. و با افزایش رینولدز، افزایش نسبی عدد ناسلت رخ میدهد که بیان کننده اثر غلظت در افزایش عدد ناسلت میباشد.
-1 مقدمه
افزایش انتقال حرارت همیشه یکی از مسائل مهم و مورد بحث در صنعت بوده است. این افزایش در بسیاری از پدیده های انتقال حرارتی مثل تراشه های الکترونیکی، سیستم های لیزری، نیروگاههای تولید برق، فضاپیماها، سیستم های تهویه مطبوع، ریخته گری و سایر تجهیزات صنعتی کاربرد دارد. با پیشرفت علم و فن آوری گام های موثری در کارکرد و بازده تجهیزات انتقال حرارتی صورت گرفته است.
مهم ترین پارامترهای انتقال حرارت که بیشتر مورد توجه است شامل افزایش شار حرارتی، ضریب انتقال حرارت و ابعاد بهینه تجهیزات میباشد. روش های متفاوتی برای بهبود راندمان حرارتی وجود دارد که از آن جمله میتوان به تغییر هندسه سطح انتقال حرارت که شامل استفاده از سطوح کسترش یافته - پره ها - یا زبر کردن سطوح انتقال حرارتی است اشاره کرد اما از انجا که تغییر هندسه سطح یا افزایش شار حرارتی همیشه با محدودیت هایی مواجه میباشد استفاده از این روش کارایی چندانی ندارد و از آنجا که سیالات به کار رفته در صنعت که معمولا شامل آب، اتیلن گلیکول و یا روغن موتور، همگی دارای هدایت حرارتی پایینی هستند ومعمولا"به عنوان سیالات انتقال دهنده حرارت استفاده می شوند بهترین گزینه برای افزایش انتقال حرارت بهبود خواص حرارتی سیالات فوق الذکر میباشد.
توانایی یک سیال در افزایش انتقال حرارت سبب ارتقاء راندمان تبدیل انرژی و بهبود طراحی و عملکرد تجهیزات حرارتی اعم از سیستم های بزرگ مانند بویلرها و همچنین سیستمهای کوچک مانند لوله های گرمایی میکرو میشود که استفاده از ذرات جامد به عنوان افزاینده هدایت حرارتی به سیالات تکنیک جدیدی جهت بهبود انتقال حرارت است. که در این نوع کاربرد ها خاصیت سیال بودن مایع نقش مهمی در انتقال حرارت دارد. افزایش انتقال حرارت مایعات موضوعی است که در چند دهه اخیر موضوع بسیاری از تحقیقات شده است . همانطور که بطور سنتی مشخص شده که مخلوط کردن ذرات جامد و مایع با سایز میلی یا میکرون ذرات نقش بیشتری در انتقال و هدایت گرمایی دارد نسبت به زمانیکه فقط مایع باشد.
یانگ و تسای [1] در سال 2014 با مدلسازی عددی جریان سیال آرام و مغشوش، سه بعدی، تراکم ناپذیر و پایا درون یک میکروکانال خنک کننده گرمایی با پره های ذوزنقهای - MCHS - با استفاده از نانوسیال آب/مس به عنوان خنک کننده، پرداختند.
بولمت و بنزایی [2] در سال 2014 با مطالعه افزایش انتقال حرارت یک کانال با مقطع مستطیلی که سطح زیرین آن جاذب تشعشع خورشید است، بهمراه دندانه های مستطیل شکل که روی این سطح قرار دارد و سطح بالایی یک صفحه صاف است.
هونگ و چنگ [3] در سال 2009 به بررسی انتقال حرارت مقطع مثلثی متساوی الاضلاع با افزودن نانو ذرات Al2O3 و CuO به سیال پایه آب مقطر پرداختند. چی و همکاران [4] در سال 2013 بهینه سازی حرارتی میکرو کانالهای منقطع بهواسطه دندههای مستطیلی را بررسی کردند در آن ویژگیهای افت فشار و انتقال حرارت با محل قرارگیری دنده مستطیل شکل، مورد مطالعه قرار گرفت.
-2 هندسه مسأله
طراحی مدل مورد مطالعه، کانالی با فواصل 2 صفحه برابر 1 در نظر گرفته شده است. که در هر جداره از صفحه 4 پره قرار گرفته شده است. که در شکل - - 1 مشخص است. این 3 پارامتر P - ، t، - در شکل - - 1 نشان داده شده است. در این کار تحقیقاتی انتقال حرارت جابجایی را برای جریان آرام با Re=2000 در ناحیه طول ورودی یک کانال مورد بررسی قرار داده و جریان سیال عامل را از نظر حرارتی و دینامیکی توسعهیافته گرفته است.
شکل - 1 - تغییر زوایای پرههای داخل کانال ، تغییر فاصله پرههای از مرکز کانالt، تغییر فاصله گام بین پرهها p
