بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله انتقال حرارت، در جریان نانو سیالی که در یک محفظه بسته پر شده با محیط متخلخل قراردارد را در شرایطی که محیط متخلخل از خود شار تشعشعی گسیل می نماید را در شرایط ناپایا مورد بررسی قرار می دهد. مدل استفاده شده برای حل مسایل و بسط روابط حاکم مدل برینکمن است، همچنین مدل شار حرارتی تشعشعی روسلند برای ماتریس جامد بکار گرفته شده است.
کنکاش در نتایج حاصل نشان می دهد که با افزایش ضریب هدایت حرارتی، تغییر قابل ملاحظه ای در عدد ناسلت میانگین نانوذرات رخ نمی دهد. هرچند اثر افزایش پارامتر تشعشع بر نانوذرات، قابل ملاحظه خواهد بود. همچنین سهم تبادل انرژی که توسط نانوذرات انتقال می یابد، علت بالاتر بودن انتقال حرارت در نانوسیالات در مقام مقایسه با سیالات عادی می باشد
نکات برجسته پژوهش
· بررسی اثر تشعشع ماتریس جامد در رفتار حرارتی نانوسیالات
· بررسی تغییرات انتقال حرارت نانوسیالات در لحظات ابتدایی اندازه گیری های آزمایشگاهی
· بررسی محدوده های مناسب برای انتخاب مدل تعادل یا عدم تعادل حرارتی
· اثر ضریب هدایت حرارتی بر تغییرات عدد ناسلت نانوذرات
· مدل سازی تابع جریان درون محفظه بسته محیط متخلخل
-1 مقدمه
در مسایل مربوط به مکانیک سیالات و تبدیل انرژی آنجا که تحلیل یک جریان یا شبیه سازی مطرح است از مفاهیم اصلی انرژی نمی توان غافل ماند. عوامل موثر بر افزایش انتقال حرارت در سیالات، موارد متعددی است که از آن جمله می توان به افزودن نانوذرات به سیال پایه و یا قرار دادن یک محیط متخلخل در مسیر جریان اشاره داشت که هر کدام به نوبه خود می توانند اثر مفیدی بر افزایش انتقال حرارت چه از نوع رسانشی و چه جابجایی داشته باشد. یکی از کاربردهای محفظه متخلخل در صنایع هواپیما سازی است که با قرار دادن فوم محیط متخلخل و سیم پیچ هایی که نقش کویل گرمایی دارند در مسیر سیستم پاشش سوخت هواپیما، از خطر انفجار موتور بدلیل فشار بالای کارکرد جلوگیری می شود.
-2 پیشینه مطلب
در مدل عدم تعادل حرارتی محلی فرض می شود که اختلاف دمای محلی بین ماتریس جامد و سیال در مقایسه با اختلاف دمای کل سیستم قابل چشم پوشی نباشد. از جمله کارهای صورت گرفته براساس مدل عدم تعادل حرارتی، پژوهش جیا و زحمتکش[1] با شبیه سازی جابجایی آزاد در محفظه های متخلخل در حضور تبادل تابش که درآن به مقایسه مدل های تعادلی و غیرتعادلی پرداخته شده، می باشد.
برای این مهم، معادلات بقای جرم و اندازه حرکت و انرژی را به شیوه عددی حل می نمایند. آن ها اثر پارامترهای حاکم بر مساله از قبیل عدد رایلی، پارامتر تابش، نسبت منظری و ضریب انتقال حرارت میان فازی را برای رفتار جریان و انتقال حرارت مورد بررسی قرار می دهند. نتایج کار آن ها نشان می دهد که در مقادیر بالای عدد رایلی، ظهور عدم تعادل حرارتی پررنگ تر است. همچنین، در پژوهش آن ها مشاهده می شود که با افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی میان فازی و بالارفتن ضریب هدایت حرارتی اصلاح شده، شرایط به سمت تعادل حرارت محلی پیش می روند.
-3 هندسه مساله
هندسه مورد بررسی، یک محفظه بسته پرشده از محیط متخلخل است. نانوسیالی که در محفظه قراردارد در حالت ناپایا و با درنظر گرفتن اثر معادله انرژی سیال پایه، معادله انرژی نانوذرات و معادله انرژی ماتریس جامدی که شار تشعشعی به آن اضافه شده است مورد بررسی قرار می گیرد. انتقال حرارت جابجایی طبیعی در فضای هندسی بین دو صفحه بینهایت پر شده با محیط متخلخل می باشد. فضای هندسی دارای شرط مرزی دمای Tc در بالا، TH در پایین و دیواره های عمودی جانبی در شرایط آدیاباتیک می باشند. در z=0 یعنی بر روی صفحه پایین v=0 در نظرگرفته شده است تا شرط صفر بودن مولفه نرمال سرعت بر روی دیواره در مدل دارسی برقرار باشد. بنابراین با توجه به نحوه بی بعد سازی سرعت مقدار V نیز صفر خواهد بود. دمای سیال پایه، دمای ماتریس جامد و نانوذرات در شرایط اولیه برابر Ts =Tf =Tp =TH در نظر گرفته شده است.
-4 روابط اصلی
حل عمومی مسایل جابجایی طبیعی که به دنبال بررسی آثار همزمان هرسه فاز سیال، ماتریس جامد و نانوذرات باشند از مسیر زیر حاصل می شود. معادلات حاکم بدست آمده پس از مرتب سازی و دسته بندی عبارتند از:
- معادله پیوستگی
- معادله مومنتوم
که در این معادلات، u و v مولفه های سرعت در راستای x و y هستند. دمای سیال پایه، ضریب انبساط حجمی، چگالی نانوذرات، کسرحجمی، چگالی سیال پایه و معرف دمای صفحه بالایی و نفوذپذیری می باشد. در اینجا، نیز شتاب گرانش می باشد.
معادله انرژی سیال پایه:
در این معادله - F - I ظرفیت حرارتی سیال پایه، تخلخل، Kf ضریب هدایت گرمایی سیال پایه، ضریب نشر براوونی، ضریب پخش ترموفورز، ضریب انتقال حرارت جابجایی بین سیال پایه و نانوذرات، ضریب انتقال حرارت جابجایی بین سیال پایه و ماتریس جامد و درنهایت بیانگر دمای ماتریس جامد می باشد.
معادله انرژی نانوذرات:
که در این رابطه نیز - F - S ظرفیت حرارتی نانوذرات و ضریب هدایت گرمایی نانوذرات می باشد.
