بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله انتقال حرارت جابجایی اجباری نانوسیال درون لوله سه بعدی با سطح مقطع دایرهای در حالت مغشوش و با استفاده از مدل دو فازی مخلوط به صورت عددی بررسی شده است. مدل مذکور شامل یک معادله پیوستگی، سه معادله مومنتم و یک معادله انرژی برای مخلوط و یک معادله کسر حجمی برای فاز دوم می باشد و از یک بیان ریاضی برای سرعت نسبی بین فازها استفاده میکند.
از مدل مخلوط برای گسسته سازی معادلات حاکم از روش حجم محدود استفاده میکند. سیال پایه مورد استفاده در این کار آب و از اکسید تیتانیم به عنوان نانوذرات استفاده شده است. در کار حاضر اثر کسر حجمی نانوذرات و انتقال حرارت جابجایی اجباری در جریان مغشوش، مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که ضریب انتقال حرارت جابجایی با افزایش کسر حجمی نانوذرات افزایش مییابد.
-1 مقدمه:
در این کار مطالعه عددی انتقال حرارت جابجایی اجباری جریان مغشوش نانوسیال آب- اکسید تیتانیم درون یک لوله افقی میباشد. در ورودی سرعت یکنواخت و ثابت Vi با دمای یکنواخت Ti وارد مجرا میشود، همچنین شرط مرزی دیواره ی مجرا دمای ثابت Tw میباشد. در خروجی به علت طول زیاد مجرا شرط توسعه یافتگی برقرار میباشد. برای مغشوش بودن جریان با توجه به مدل مغشوش انتخاب شده - ، مقادیر مناسب پارامترهای آشفتگی و در ورودی مجرا در نظر گرفته میشود. در این کار از مدل مخلوط غیر همگن برای حل معادلات استفاده شده است.
این مدل معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی را برای حالت مخلوط و معادله کسر حجمی را برای فاز دوم حل میکند. زمانی که لازم باشد اختلاف سرعت بین دو فاز در نظر گرفته شود مدل مخلوط یک بیان ریاضی را برای سرعت نسبی ارائه میدهد. در ادامه به تعدادی از کارهای انجام گرفته در این زمینه میپردازیم. از جمله بهزادمهر و همکاران[1] در سال 2005 اقدام به پیش بینی انتقال حرارت جابجایی اجباری در جریان مغشوش سیال نانو، در لوله دایره ای با شار حرارتی یکنواخت با استفاده از مدل دوفازی مخلوط و مدل تکفاز نمودند نتایج بدست آمده از این دو روش با نتایج حاصله از آزمایش نشان می دهد که مدل دوفازی مخلوط نتایج بهتر و بسیار دقیقتری نسبت به مدل تکفازی می دهد.
لطفی و همکاران[2] در سال 2009 به مطالعه عددی انتقال حرارت جابجایی اجباری سیال نانو پرداختند. و همچنین به مقایسه روشهای تکفازی و دو فازی پرداختند. سیال نانو مورد بررسی آنها آب- اکسید آلومینیوم و هندسه مورد بررسی لوله افقی بوده است. نتایج نشان می دهد که روش دو فازی مخلوط دقیق تر می باشد. زینالی هریس و همکاران[3] در سال 2007 به بررسی انتقال حرارت جابجایی اجباری سیال نانو درجریان آرام داخل لوله به صورت تجربی پرداختند. آنها در این کار دمای دیواره لوله را ثابت در نظر گرفتند و از غلظت های متفاوتی از نانو ذرات استفاده کردند. نتایج این کار نشان می دهد ضریب انتقال حرارت با افزیش غلضت نانو ذرات درون سیال نانو افزایش می یابد.
-2 روش تحقیق و معادلات حاکم
در کار حاضر برای گسسته سازی ترم های جابجایی معادلات حاکم از روش اختلاف بالادست مرتبه دوم استفاده شده است. همچنین ازالگوریتم سیمپل سی جهت ارتباط بین سرعت و فشار استفاده شده است. برای مدل کردن جریان مغشوش نانوسیال مدل دو معادلهای بکار گرفته شده و برای مدل کردن جریان مخلوط نانوسیال از مدل مخلوط غیر همگن استفاده شده است.
حل جریان مغشوش نانوسیال در کار حاضر در دو قسمت انجام میشود، یک قسمت رسم هندسه، مش بندی و تعریف شرایط مرزی در نرم افزار گمبیت و قسمت دیگر حل کردن ناحیهی حل با استفاده از نرم افزار صنعتی فلوئنت میباشد. در شکل - 1 - نمونه ای از مش بندی مجرای مورد بررسی آورده شده است، همانطور که در شکل مشخص است به دلیل بالا بودن گرادیان سرعت و دما در نزدیکی دیوارهها و قسمت ورودی، تراکم شبکه در این نقاط بیشتر میباشد.
