مطالعه تجربي و شبيه‌سازي هدايت حرارتي ناهمسانگرد در سيالات مگنتورئولوژيكال

دكتراي تخصصي

اعمال ميدان مغناطيسي باعث به وجود آمدن تغييرات قابل توجه در خواص رئولوژيكي و حرارتي سيالات مگنتورئولوژيكال (MR) مي‌گردد. يكي از خواص سيالات MR كه تحت تاثير ميدان مغناطيسي تغيير مي‌كند، هدايت حرارتي است. در اثر اعمال ميدان مغناطيسي، ذرات مغناطيسي در جهت ميدان به يكديگر پيوسته و تشكيل اين آرايش زنجيروار، مهم‌ترين فاكتور در تغييرات خواص سيالات MR مي‌باشد. در اين رساله، با استفاده از دو روش تجربي و شبيه‌سازي ديناميك سيالات محاسباتي(CFD) اثر ميدان مغناطيسي بر تشكيل زنجيره ذرات و سپس اثرات تشكيل زنجيره‌هاي ذرات بر تغييرات هدايت حرارتي سيال MR بررسي شده است. سيال MR مورد استفاده شامل ذرات كربونيل آهن داخل سيال هيدروليكي 22H مي‌باشد. در روش تجربي براي اندازه‌گيري هدايت حرارتي سيال MR از سامانه سيم داغ گذرا (THW) استفاده شد و در روش شبيه‌سازي با استفاده از كوپل روش‌هاي CFD و FTCS هدايت حرارتي محاسبه شد. نتايج حاصل از شبيه‌سازي با نتايج تجربي هم‌خواني مناسبي دارد. مشاهده شد كه تغييرات هدايت حرارتي در سيالات MR ناهمسانگرد است؛ به اين صورت كه اگر جهت ميدان مغناطيسي موازي با گراديان دما باشد، افزايش ميدان مغناطيسي باعث افزايش هدايت حرارتي سيال MR مي‌گردد، اما در حالت عمود، با افزايش ميدان مغناطيسي، هدايت حرارتي سيال MR كاهش مي‌يابد. از لحاظ عددي، براي سيال MR با كسر حجمي 15% در شدت ميدان مغناطيسي 14mT در حالت متوازي و متعامد بودن جهت دو ميدان، هدايت حرارتي به ترتيب 105% افزايش و 23% كاهش يافت. همچنين اين نتيجه حاصل شد كه با افزايش كسر حجمي و كاهش اندازه ذرات پراكنده، كاهش ويسكوزيته و افزايش دماي سيال پايه، تغييرات ناهمسانگرد هدايت حرارتي سيالات MR تقويت مي‌شود كه در اين ميان، نقش افزايش دما بسيار بيشتر است؛ به صورتي كه اختلاف تغييرات هدايت حرارتي در جهات متوازي و متعامد براي سيال MR با كسر حجمي 12% در شدت ميدان برابر با 15mT بيشتر از 127% هدايت پايه است

193711

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر سيد حسن هاشم آبادي