بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه، یک ساختار جدید از میکرو کانالها با خمهای شکسته و سیال آب خالص و یک سیال عامل غیرنیوتنی همراه با ذرات نانو اکسید مس مورد بررسی قرار گرفته است. سرعت ورودی به میکروکانال متغیر و در محدوده اعداد رینولدز از 173 تا 635 میباشد. شار حرارتی 100 وات بر سانتی متر مربع نیز به دیوارههای میکروکانال وارد میشود. هندسه میکروکانال مزبور ابتدا توسط نرم افزار گمیبت ایجاد و مشبندی شده است. سایر تحلیلها توسط نرم افزار قدرتمند فلوئنت انجام شده است. کانتورهای به دست آمده به خوبی نشان میدهد که خمهای ایجاد شده در هندسه میکروکانال، باعث عدم تشکیل لایه مرزی میشود.
عدم تشکیل لایه مرزی و همچنین ایجاد آشفتگی باعث بهبود کارایی حرارتی میکروکانال شده است به طوری که عدد ناسلت در عدد رینولدز 635 نسبت به عدد رینولدز 173، حدود 63 درصد افزایش پیدا کرده است. البته این کارایی با افزایش ذرات نانو به شدت افزایش پیدا میکند. مطالعات نشان میدهد که افزایش قطر ذرات نانو باعث کاهش بازدهی حرارتی میکروکانال میشود. سایر کانتورها و نتایج به دست آمده در پایان این تحقیق مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
-1 مقدمه
مبدل های حرارتی بعنوان یک دستگاه استفاده از انرژی می باشد که بطورگسترده ای درپالایشگاهای نفت، نیروگاه ها، صنایع شیمیایی و...استفاده شود. بطورکلی راههای افزایش انتقال حرارت به دوگروه تقسیم می شود: تکنیک های فعال و غیرفعال. بهبود انتقال حرارت سیالات عامل به عنوان روش جدید انتقال حرارت پیشرفته مد نظر قرارگرفته بطوری که ایده پراکنده سازی ذرات جامد درسیالات که با ذرات میکرومتری آغازشده بود با استفاده از نانوذرات جامد تکمیل شد و امروزه نانوسیالات به عنوان سیالاتی با قابلیت انتقال حرارت بالاجایگزین مناسبی برای سیالات معمولی ازقبیل اب اتیلن گلیکول وروغن به شمارمی روند.
سیستمهای خنک کننده در اندازههای کوچک مانند میکروکانالهای خنک کننده مانند مبدلها نقش بسیار مهمی در از بین بردن گرمای اضافی ماشینها و دستگاهها دارند. ماشینهای الکترومکانیکی، مدارهای مجتمع و دیودهای لیزری بر اثر عبور جریان دچار گرما میشوند . به عبارت دیگر اگر ترانزیستورها در این سیستم ها با سرعت بیشتری کار کنند، جریان بیشتری از آنها عبور کرده و باعث ایجاد گرمای اضافی میشود در گذشته سیال مورد استفاده در میکرو کانال ها هوا،آب و یا نهایتاٌ سیالات شیمیایی فلوئوری بودند، اما امروزه با توجه به پیشرفت همه جانبه صنعت نانو می توان نانو سیال را جایگزین این سیالات در میکروکانال نمود.
در این تحقیق از یک میکروکانال مارپیچ با خمیدگی بیضوی مجهز به دو وروردی جداگانه استفاده می شود. در این مقاله سعی بر این موضوع است که با تغییر شرایط ذکر شده تا چه حد می توان رفتار جریان و در نهایت مقدار انتقال حرارت را افزایش داد. در همین راستا چی دونگ هو و همکاران 1]و[2 کانالی با صفحات موازی همدما که در آن یک صفحه نفوذ ناپذیر برای دو راهه کردن جریان وجود دارد، مورد بررسی قرار دادند و بازده انتقال حرارت و توان مصرفی پمپ را محاسبه کردند.
کاکاک و ینر 3]و[4 یک معادله انرژی گذرا را با دمای ورودی متغیر با زمان برای جریان آرام و مغشوش بین دو صفحه موازی در نظر گرفتند، و از یک روش آزمایشگاهی برای تخمین اولین مقدار ویژهی مسألهی اشترم-لیویل استفاده کردند. کوتا و ازیسیک [5] جابهجایی اجباری آرام را با دمای ورودی متغیر با زمان بدون در نظر گرفتن اثر دیوارهها برای کانالهایی با صفحات موازی و مقاطع دایروی بررسی کردند، و از یک روش تبدیل انتگرالی برای حل معادلات استفاده نمودند هندسه مورد نظر که طی این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است ، هندسه بر گرفته از طرح تجربی آقایان ژی و همکاران[6 ] در سال 2016 می باشد. هیچ عایقی در کار تجربی وجود ندارد و از یک میکروپمپ برای به حرکت در آوردن سیال استفاده می شود.
مجریان: هم اندیشان انرژی کیمیا - دبیرخانه اجرایی - دانشکده فنی دانشگاه دولتی کاشان - دبیرخانه علمی - ثبت شده در پایگاه استناد علوم جهان اسلامی: ISC: 97181 - 02807 www.Mobadel.ir مواردی که در بحث انتقال حرارت از قسمت جامد به سیال دخیل هستند را می توان ضریب هدایت حرارتی دیواره های مبدل و نیز سطح تبادل حرارت دیواره های مبدل و سیال معرفی نمود.
در طرح تجربی آقایان ژی و همکاران[6 ] این مجموعه به منظور خنک کردن سطح یک هیتر مورد استفاده قرار گرفته و در مجموع شار100 وات بر سانتی متر مربع به سطح مورد نظر وارد شده است. دمای سیال ورودی به مجموعه 293 کلوین در نظر گرفته شده است. عمل خنک سازی برای هشت عدد رینولدز مختلف سیال مورد آزمایش قرار گرفته است. همچنین سیال مورد استفاده برای کار تجربی و عددی آب می باشد که برای کار عددی حاضر، پس از به نتیجه رسیدن و صحه گذاری نتایج، از سیال غیرنیوتنی استفاده شده است.
سیالات غیر نیوتونی :
در این سیالات دیگر اثری از رابطه ی خطی میان تغییرات تنش برشی و نرخ تنش اعمال شده نیست و در این طیف از سیالات، مدت زمان اعمال تنش نقش مهمی در تنش برشی حاصل شونده ایجاد میکند. در نتیجه در سیالات غیرنیوتونی ضریبی ثابت مانند لزجت برای توصیف وضعیت تنش برشی معنا ندارد . به طور کلی سیالات غیر نیوتنی به خانواده های متعددی دسته بندی می شوند. این خانواده ها عبارتند از :
-1 سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان
-2 سیالات غیر نیوتنی وابسته به زمان
-3 سیالات ویسکوالاستیک استفاده از نانو سیالات غیرنیوتنی در چند سال اخیر رشد چشمگیری داشته است. سیالی در این مقاله مورد بررسی قرار میگیرد یک سیال غیرنیوتنی با نام تجاری CMC به عنوان سیال پایه و ذرات اکسید آلومینیوم به عنوان ذرات نانو هستند که در لوله ی افقی استفاده شده در یک مبدل گرمایی تحت تاثیر فلاکس ثابت حرارتی قرار گرفته اند. در این تحقیق رفتار انتقال حرارت جابهجایی نانوسیالات با استفاده از یک سیال غیرنیوتنی درون میکروکانال، تحت رژیم جریان آرام تحت شرط مرزی شار گرمایی ثابت روی دیوارهها، با استفاده از ابزار CFD و روش حجم محدود و بهرهگیری از نرمافزار فلوئنت مورد بررسی قرار میگیرد..
- 2 مساله
معادلات
در این بررسی با توجه به پیشینه ی تحقیق و مقاله ی تجربی انجام شده، به دلیل صحه گذاری نتایج با مقاله ی تجربی جریان در مقطع ورودی به صورت آرام در نظر گرفته شده است و بعد از برخورد جریان به شکستگی ها و خم های دیواره، رژیم جریان نیز تغییر خواهد کرد.
