تحليل ميدان جريان و انتقال حرارت نانوسيال با نانوذرات تغيير فاز دهنده

كارشناسي ارشد

در پايان‌نامه حاضر، جريان و انتقال حرارت جابجايي اجباري آرام سه گروه نانوسيال شامل نانوسيال با نانوذرات اكسيد فلزي، نانوسيال با نانوذرات تغيير فاز دهنده كپسوله شده و نانوسيال هيبريد تغيير فاز دهنده در يك ميكروكانال بررسي شده است. به جريان نانوسيال هم از منظر يك سيال تك فاز با در نظر گرفتن خواص ترموفيزيكي متغير و هم از منظر يك سوسپانسيون دو فاز با افزودن نانوذرات به جريان سيال توجه شده است. معادلات بقاء به كمك روش حجم محدود گسسته‌سازي و حل شده‌اند. اگرچه روش تك فاز روند تغييرات ويژگي‌هاي جريان و انتقال حرارت سيال پايه را با افزودن نانوذرات به خوبي پيش‌بيني مي‌كند، اما در عين حال دقت نتايج حاصل از اين روش در مقايسه با روش دو فاز كمتر است. نتايج حل هر دو روش بيانگر اين است كه نانوذرات اكسيد آلومينيوم با كسرهاي حجمي 1% و 2% به واسطه هدايت حرارتي بالا و نانوذرات تغيير فاز دهنده ان-اكتادكان با كسرهاي حجمي 5% و 10% به علت ظرفيت گرمايي بالا با پخش و پراكنده شدن در سيال پايه آب، عملكرد حرارتي سيال را بهبود مي‌بخشند، به طوري كه اين نانوذرات موجب افزايش عدد ناسلت متوسط و كاهش دماي ديواره و بالك سيال در امتداد ميكروكانال مي‌شوند كه اين امر توزيع يكنواخت‌تر دما در سيال و كاهش توليد آنتروپي حرارتي را به دنبال دارد. علاوه بر اين مشخص شده است كه توسعه‌يافتگي هيدروديناميكي جريان نانوسيال بسيار سريع‌تر از توسعه‌يافتگي حرارتي آن رخ مي‌دهد و نانوسيال با كسرهاي حجمي بالاتر، زودتر به توسعه‌يافتگي كامل هيدروديناميكي مي‌رسد و در مقابل توسعه‌يافتگي حرارتي در آن به تأخير مي‌افتد. نانوذرات تغيير فاز دهنده با بازه ذوب كمتر و نانوذرات اكسيد فلزي با قطر كوچكتر، عملكرد حرارتي بهتري را در نانوسيال از خود بروز مي‌دهند. عدد رينولدز در بازه 200 تا 800 تغيير مي‌كند كه افزايش آن به بهبود سرمايش در ميكروكانال كمك مي‌كند. همچنين افزايش عدد رينولدز موجب افزايش عدد پكلت نيز مي‌شود كه در نتيجه آن انتقال حرارت جابجايي نسبت به انتقال حرارت ديفيوژن بيش از پيش تقويت مي‌گردد. غلظت‌هاي حجمي و اعداد رينولدز بالا در كنار مزايايي كه دارند، موجب ايجاد مشكلاتي از قبيل تشديد افت فشار در ميكروكانال و افزايش توليد آنتروپي اصطكاكي مي‌شوند كه اين به علت افزايش لزجت ديناميكي و تلفات مكانيكي جريان نانوسيال مي‌باشد.

205471

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك- تبديل انرژي

فرزاد بازديدي طهراني