بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این مقاله بررسی انتقال حرارت در یک کانال مستطیلی با حفره عرضی با استفاده از روش شبکه بولتزمن است که تا به حال مورد بررسی قرار نگرفته است. اثرات عدد رینولدز مختلف، نسبت ابعاد حفره، فاصله های مختلف حفره از یکدیگر، در عمق ثابت حفره در سرعت و دما پروفیل مورد بررسی قرارگرفته است. علاوه بر این، الگوهای جریان مانند انحراف و دوباره گردش منطقه در داخل حفره ها به دست آمده است.
عدد های محلی و متوسط ناسلت بر روی دیواره های کانال محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد که کانال دارای حفره های باز به افزایش انتقال حرارت بیشتری نسبت به کانال صاف می رسد. انتقال حرارت برای افزایش قابل توجه کار سیال ها، توسط افزایش نسبت ابعاد صورت گرفته است. نتایج به وجود آمده برای تعیین درستی کد عددی و سازگاری دقیق بین نتایج موجود استفاده شده است.
افزایش انتقال حرارت در یک کانال با استفاده از سطوح زبر مانند دنده، شیار و مانع در اخلال در جریان سیال، و ارائه گردابه یک روش شناخته شده و یک موضوع تحقیقاتی جذاب با توجه به طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی در زمینه های مختلف مهندسی، مانند مبدل حرارتی عبور جریان، گاز توربین طراحی خنک کنندگی ایرفویل، سیستم خنک کننده تیغه های خورشیدی بخاری هوا و گازخنک کننده راکتور هسته ای است. ]آل-شمانی و همکاران، .[1
بسیاری از تحقیقات تجربی و عددی در انتقال حرارت در هندسه مختلف انجام شده است ]نظری و همکاران، 2، محبی و همکاران، .[3 علاوه بر ناویر-استوکس کلاسیک1، روش های مبتنی بر ذرات از جمله شبیه سازی مستقیم مونت کارلو2، دینامیک مولکولی3 و روش شبکه بولتزمن4 معمولا کاربردی هستند] بیرد، 4، اوران و همکاران، .[5 روش شبکه بولتزمن به عنوان یک ابزار عددی موثر برای انواع زیادی از جریان های سیال پیچیده ثابت شده است. مزایای عمده ی استفاده از روش شبکه بولتزمن سادگی در برنامه نویسی، محل محاسبات و موازات طبیعی است. ]نظری و همکاران، .[6
مطالعات متعددی بر روی انتقال گرمای جریان سیال و انتقال حرارت با استفاده از سطوح گسترده در یک کانال انجام شد، اما تعداد کمی از مطالعات در مورد حل انتقال گرمای نانو سیال در یک کانال آجدار وجود دارد. یانگ و وفای [7] پارامترهای کنترل در خنک سازی کانال های گرم با اشیاء نصب شده را مورد مطالعه قرار دادند. تمرکز آن ها روی آزمایش اثرات تغییر ابعاد شی، هدایت حرارتی، روش گرمایش و عدد رینولدز بود. محققان نتیجه گرفتند که انتقال جریان و انتقال حرارت سیال تحت تاثیر هندسه و جنس شی قرار گرفتند.
لو و جیانگ [8] انتقال حرارت همرفت اجباری در یک کانال مستطیلی با دنده های دارای زوایای مختلف چرخش را بررسی کردند. به طور مشابه، انتقال حرارت همرفت اجباری با استفاده از روش شبکه بولتزمن در یک کانال با سطوح طولانی توسط آلام یان و محمد [9] مورد مطالعه قرار گرفت. آن ها به این نتیجه رسیدند که انتقال حرارت در نزدیکی اشیاء بهتر صورت می گیرد و هنگامی که ارتفاع اشیاء افزایش پیدا می کند، درجه حرارت نیز در این فاصله افزایش می یابد.
سیدیک و همکاران [10] یک مطالعه عددی در عملکرد حرارتی باله نصب شده بر روی دیوار پایین یک کانال افقی با استفاده از روش شبکه بولتزمن را معرفی کردند. آن ها عملکرد انتقال حرارت با اضافه کردن باله و با استفاده از نانو سیال را آزمودند. نتیجه آن ها نشان داد که نرخ انتقال حرارت از باله به طور قابل توجهی با عدد رینولدز و رسانایی گرمایی باله تحت تاثیر قرار گرفت.
به طور کلی، بررسی مقالات قبلی، موارد مختلف جریان سیال و انتقال حرارت در کانال های با اشیاء نصب شده را نشان می دهد در حالی که تحقیقات بیشتر برای مطالعه انتقال حرارت اجباری در یک کانال با نانو سیال توصیه می شود، به طوری که حفره های مستطیل شکل روی دیوار بالا و پایین کانال باشد. بنابراین، در این مطالعه، روش شبکه بولتزمن برای شبیه سازی جریان سیال و انتقال حرارت نانوسیال آب- مس در یک کانال دارای حفره های باز استفاده می شود. هدف اصلی از این مطالعه بررسی اثر نسبت ابعاد حفره، بر روی میدان جریان و انتقال حرارت با استفاده از روش شبکه بولتزمن است. از نکات برجسته پژوهش حاضر عبارتند از:
-1 بررسی اثرات نسبت ابعاد حفره؛
-2 بررسی فراکسیون های مختلف حجم جامد نانو سیال؛
-3 استفاده کردن از روش شبکه بولتزمن برای شبیه سازی انتقال حرارت نانوسیال در دیوار کانال دارای حفره های باز. این یک موضوع بسیار مهم و جدید در مطالعات است.
-2 هندسه مساله
مطابق شکل 1و2، در این مقاله قصد داریم انتقال حرارت در یک کانال دارای سه حفره ، که دوحفره ی آن در بالای کانال و حفره ی دیگر در پایین کانال قرار دارد و اولین حفره در بالا و پایین کانال ثابت و متقارنند و دومین حفره در بالای کانال تحت بازه ایی متحرک می باشد در نسبت های ابعادی متفاوت و اعداد رینولدز متعدد را مورد بررسی قرار دهیم. در اینجا سیال پایه آب درنظر گرفته شده است و از نانوسیال مس درکسرهای حجمی متفاوت نانوسیال استفاده می کنیم. جریان نانوسیال را از کانال عبور می دهیم و عدد ناسلت، سرعت و دما را مورد بررسی قرار می دهیم.
-1-2 نانوسیال
خواص ترموفیزیکی نانوسیال عمدتا توابع غلظت حجمی ذرات و درجه حرارت هستند.
