بخشی از مقاله

چکیده

هدف از این تحقیق بررسی تاثیرات تغییرااندازه قطر نانوذره درسرعت های مختلف سیال ورودی بر ضریب انتقال حرارت جابه جایی وهدایتی می باشد. به همین علت ابتدا هندسه مسئله درنرم افزارsolidworks شبیه سازی شده وسپس هندسه مدنظر به نرم افزار 0.51    Ansys منتقل می شود. در نرم افزار انسیس میزان انتقال حرارت برای قطرهای 5، 10، 20، 50 نانومتر ودرسه سرعت .1، .3 و 5.    به صورت کانتور ونمودار نمایش داده شده است.

مسئله در حالتپایا در شرایط مرزی ورودی دمای ثابت ورودی سیال 300 k وشرط مرزی عدم لغزش دردیواره ها وشرط مرزی دما ثابت 343015 k دردیواره ها مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا هندسه مسئله شبیه سازی شده وسپس اعتبار سنجی مسئله و استقلال شبکه مورد بررسی قرار گرفته و در ادامه به منظور بررسی نرخ انتقال حرارت از منبع گرما به سیال، ازقطرهای5 nm، 10، 20، و50 نانوذره استفاده شده است. نتایج نشان میدهد که افزایش قطرنانوذره برضریب انتقال حرارت جابه جایی وهدایتی تاثیر معکوس دارد درحالیکه افزودن سرعت وکسر حجمی باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی وهدایتی می شود.

افزایش قطر نانوذره موجب کمتر شدن ضریب انتقال حرارت جابجایی شده بهنحویکه استفاده از کسر حجمی%1 نانوذره و قطر5 نانومتر عملکرد مشابه و مناسبتری نسبت به قطر50 نانومتر با کسر حجمی%3 دارد. با استفاده از فناوری نانو میتوان اندازه رادیاتور و حجم سیستم خنک کاری را کوچکتر انتخاب کرد. این امر باعث کاهش نیروی درگ در وسایل موتوری دریایی و زمینی و کاهش حجم سیال در گردش در سیستم خنک کاری میشود. درنتیجه توان تلف شده موتور و مصرف سوخت کاهش مییابد و از آلودگی محیط زیست کاسته میشود.

مقدمه

بر اثر احتراق در موتورهای احتراق داخلی گرمای زیادی تولید میشود که حتی میتواند فلزات مجموعه سیلندر و پیستون را ذوب کند. سیستم خنک کاری به منظور پیشگیری از بالا رفتن دمای موتور بکار میرود. این سیستم برای مراقبت دربرابر عملکرد مؤثر در تمام سرعتهای موتور و کنترل شرایط مختلف مورد استفاده است. دما در طول مدت احتراق مخلوط سوخت و هوا در محفظه احتراق موتور بسیار بالا میرود وبه بیش از 2000 درجه میرسد. میزان قابل توجهی از این حرارت توسط دیوارههای سیلندرو پیستونها جذب میشود بنابراین باید خنککاری به اندازهای صورت پذیرد که دما بیش از حدود 230 درجه نشود.

دماهای بالاتر باعث کاهش ضخامت فیلم روغن می شود و خواص روغن به شدت افت میکند که این مسئله موجب افزایش استهلاک قطعات و ازدیاد دمای آنها خواهد شد. در موتورهای احتراق داخلی مقدار محدودی از انرژی سوخت برای قوای محرکه موتور استفاده میشود. تقریبا حدود 28 درصد انرژی سوخت به کار مفید تبدیل میشودو 30درصد به واسطه خنک کاری، 32 درصد به وسیله خروج گازهای داغ و 10 درصد باقیمانده توسط اصطکاک و عوامل دیگر به هدر میرود. میزان حقیقی و دقیق انرژی تبدیل شده به کار مفید در پروسه احتراق موتور به مشخصههای فیزیکی اجزای موتور بستگی دارد.

همانطور که گفته شد، دما در طول احتراق در سیلندر موتورهای درون سوز به بیش از 2000 درجه میرسد. این دما بیش از نقطه ذوب مواد مورد استفاده در ساختارموتور است بنابراین با بالارفتن دما به موتور خسارت وارد میشود و باید دمای کارموتور در محدوده ای خاص حفظ شود. در یک نمونه سیستم خنک کاری آبی موتور این دما درمحدوده 75-95 درجه سانتیگرادقرار دارد که برای خنک کاری هوایی این میزان کمی بیشتر است.

خنک کاری در موتور دو علت دارد:

-1 نگه داشتن دمای اجزای موتور در دمایی که روغنکاری مؤثر در آن ممکن باشد.

-2 نگه داشتن دمای اجزای مختلف موتور در یک محدوده خاص به طوری که به سلامت قطعات موتور صدمه نزند. نحوه عملکرد موتور درانتخاب و طراحی سیستم خنک کاری تأثیر میگذارد و این کاملا به نوع گازهای احتراق واجزای موتور وابسته است. وقتی موتور سرد است، کارایی پایینی دارد بنابراین سیستم خنک کاری معمولا شامل وسایلی است که زمینه فعالیت خنک کاری نرمال را برای حفظ گرمای مناسب موتور مهیا میکنند.

هنگام راه اندازی موتور دمای قطعات داخلی آن، به سرعت افزایش مییابد؛ پس وقتی موتور به دمای بهره برداری میرسد باید سیستم خنک کاری فعالیتش را آغاز کند. سیستم خنک کاری موتور برای حداقل کردن حجم و وزن رادیاتور است که در وسایل نقلیه از اهداف مهم تلقی میشود. برای افزایش انتقال حرارت در موتور های احتراق داخلی راه های زیادی ازجمله ایجاد لرزش، افزایش سطح تماس، ایجادمیدان مغناطیسی و.... وجود دارد اما این روش های باعث پیچیده ترشدن سیسیتم خنک کاری می شود به همین علت محققان به فکر استفاده از دسته ی جدیدی ازسیال های خنک کاری به نام نانوسیال افتادند.

دراین پروژه به بررسی تاثرات تغییرات قطرنانوذره در سرعت های مختلف سیال ورودی پرداخته می شود. درشکل زیر شماتیکی از سیستم خنک کاری نمایش داده شده است: فرایند تولید ذرات در حد نانومتر را باید انقلابی در افزایش انتقال حرارت دانست. چوی [1] اولین کسی بود که سوسپانسیون پودرهای نانو را در سیالات بهعنوان نانوسیال نامید و خصوصیات برجسته این سیالات را مطرح کرد.

بسیاری از محققان در سالهای گذشته، مطالعات تجربی برای بهکارگیری نانوسیالات در سیستم خنک کاری موتورهای وسایل نقلیه انجام دادهاند. یکی از مسائلی که امروزه در فرایندهای انتقال حرارت مطرح میشود، لزوم افزایش قابلتوجه نرخ انتقال حرارت و کوچکسازی تجهیزات انتقال حرارت است. منابع بسیار زیادی در مورد روشهای افزایش انتقال حرارت در سیستمها گزارشاتی دادهاند.[9-2]

همچنین ژانگ و همکاران [10] دریافتند که افزودن %3 نانوسیال آب- اکسید مس %15 ظرفیت حرارتی را در موتور افزایش میدهد. علی و همکاران [11] با افزودن %1 از نانوذرات اکسید مس، افزایش %9 عدد ناسلت را گزارش کرد. حسین و همکاران [14 - 12] همچنین مطالعه جامعی بر اثر نانوسیالات آب پایه اکسید مس و اکسید تیتانیوم برای بهبود %30 انتقال حرارت و 22/5 %عدد ناسلت در موتور انجام دادند.

از آنجایی که به جز ابعاد هندسه، اساس کار و هندسه اکثر موتورهای احتراق داخلی شبیه به هم میباشد. اخراًی واجها [15] با شبیهسازی نانوذرات اکسید فلزات مختلف در آب و اتیلن گلیکول، جریان در لولههای رادیاتور را شبیهسازی کردند و دریافتند که افزودن %3 اکسید آلومینیوم %36/6 و %3 اکسید مس %49/7 ضریب انتقال حرارت میانگین را افزایش میدهد.

معادلات حاکم

در این پژوهش به منظور پیشبینی رفتار جریان مغشوش از معادله   استفاده شده است. 

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید