بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه، انتقال حرارت جریان درهم نانو سیال آب Al2O3/ با شرط مرزی دما ثابت دیواره در کانالهای با سطح مقطع مربعی به صورت شبیه سازی عددی مورد بررسی قرار گرفته و نحوه تغییرات عدد ناسلت - Nu - بر حسب عدد رینولدز - Re - بدست آمده است . همچنین نقش عواملی همچون غلظت ذرات و ابعاد ذرات مورد مطالعه قرار گرفته است . در این مطالعه بعد از مدل کردن جریان انتقال حرارت نانو سیال در کانال مربعی با استفاده از مدل پراکندگی معادلات موجود و با داشتن شرایط مرزی مناسب توسط نرم افزارهای - GAMBIT - برای تولید هندسه و مش بندی و - FLUENT - برای حل استفاده می شود که نتایج حاصل بیانگر آن است که عدد ناسلت نانو سیال با افزایش غلظت، افزایش و با افزایش قطر نانو ذرات کاهش می یابد . کلمات کلیدی : نانو سیال، نانو ذرات، بهبود انتقال حرارت، CFD و مقطع مربعی
ٌ-مقدمه
نانو سیالات از نانو ذراتی در اندازه های کوچکتر از nm - ًًٌ - که در سیال پایه - مانند آب، اتیلن گلیکل یا مخلوطی از هردو آنها - معلق هستند تشکیل شده اند. نانو سیالات در ابتدا توسط فردی به نام چوی1]،[2 در آزمایشگاه ملی آرگونه استفاده شدند . نانو سیالات سرعت انتقال حرارت را نسبت به سیال پایه را افزایش می دهند، به علاوه مقدار کمی از نانو ذرات جامد با قابلیت هدایت حرارتی بالا در سیال پایه، قابلیت هدایت حرارتی و سرعت انتقال حرارت را بالا می برد . در واقع این حرکات جنبشی و تصادفی، نانو ذرات در سیال پایه است که، کمک مهمی به بالا رفتن سرعت انتقال حرارت می کند.همچنین با کاهش قطر نانو ذرات و افزایش غلظت نانو سیالات سرعت انتقال حرارت افزایش پیدا می کند زیرا تحت این شرایط عکس العمل و برخورد نانو ذرات در سیال پایه افزایش پیدا می کند 3]،4،[5
چون اکثر بررسی ها برای انتقال حرارت نانو سیال در کانالهای دایره ای شکل بوده و تحقیقات انجام گرفته هنوز در مورد کانالهای غیر دایره ای نظیر کانالهای، با مقطع مربعی گزارش نشده. حق شناس و همکارانش تحقیقاتی را روی انتقال حرارت نانو سیال داخل لوله ها در جریان آرام با شرط مرزی دما ثابت دیواره با استفاده از CFD انجام دادند]َ[، همچنین تحقیقاتی روی انتقال حرارت نانوسیال داخل لوله ها در جریان درهم با شرط مرزی فلاکس حرارتی ثابت بر روی دیو اره توسط پراون وهمکارانش]ُ[ انجام گرفته است، اما هنوز مطالعات انتقال حرارت با استفاده از CFD روی کانالهای مربعی در جریان درهم انجام نگرفته است، که لازم می دانیم این مقطع نیز مورد توجه قرارگیرد]ّ.[هدف این مقاله، بررسی انتقال حرارت جابجایی ا جباری نانوسیال آبAl2O3/ در کانال های با مقطع مربعی شکل به صورت شبیه سازی عددی با استفاده از CFD در دمای ثابت دیواره و جریان درهم می باشد]ّ.[
ٍ-مدل سازی ریاضی
در شکل - ٌ - تصویر شماتیک کانال مربعی بررسی شده، ارائه گردیده است:
معادله انرژی برای جریان نانو سیال داخل کانال با مقطع مربعی با شرط مرزی دمای ثابت دیواره به صورت زیر خواهد بود7]،[8در معادله بالا keffضریب هدایت حرارتی موثر نانوسیال است . در محاسبه keff از مدل پراکندگی استفاده شده است. مدل پراکندگی علاوه بر افزایش ضریب هدایت حرارتی نقش حر کات تصادفی ذرات بسیار ریز و پراکندگی حرارتی را در فرآیند انتقال حرارت در نظر می گیرد، که مدلی بین مدل تک فازی و مدل دو فازی می باشد و keff از رابطه زیر قابل محاسبه است8]،9،: [10knf ضریب هدایت حرارتی نانوسیال و kd تنسور نفوز حرارتی بوده و تابعی از الگوی جریان، خواص سیال پایه و ذرات نانو، و ابعاد ذرات نانو و کسر حجمی ذرات نانو در مخلوط جامد- مایع است که از رابطه زیر محاسبه می شود 9]،:[10
همان طورکه از معادله - ٌ - پیداست نیاز به معادله سرعت در کانالهای با مقطع مربعی می باشد . پروفیل سرعت برای جریان آرام کاملا توسعه یافته و پایدار سیال نیوتنی در داخل کانالهای با مقطع مربعی به صورت زیر میباشد11]،:[12از آنجایی که در این مقاله برای جریان درهم کار میکنیم معادله توزیع سرعت به صورت زیر ساده می شود ْ um u پس در نهایت معادله انرژی در مدل پراکندگی در جریان درهم در کانالهای با مقطع مربعی به صورت زیر خواهد شد:
َ-روابط ترموفیزیکی نانوسیال:
در این مطالعه برای ضریب هدایت حرارتی نانو سیال از مدل چوی و یو استفاده شده است1]،:[2این معادله علاوه بر ضریب هدایت حرارتی سیال و ذرات نانو و کسر حجمی ذرات نانو، تاثیر سطح مشترک سیال پایه و ذرات جامد نانو را در براورد ضریب هدایت حرارتی مد نظر قرار داده، که در
