بررسی عددی تاثیر نسبت منظر محفظه مستطیلی و کسر حجمی نانوذرات بر انتقال حرارت جابه جایی طبیعی نانوسیال آلومینا-آب

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی

چکیده

در این مطالعه تاثیر تغییر ارتفاع نسبت به پهنای محفظه (نسبت منظر) و همچنین کسرحجمی نانوذرات بر انتقال حرارت جا به جایی طبیعی نانوسیال آلومینا-آب در یک محفظه بررسی شد. نانوسیال، تک فاز و غیرقابل تراکم و بر پایه سیال آب شامل نانوذرات آلومینا (اکسید آلومینیوم) فرض شده است. غلظت نانوذرات صفر تا 4 درصد است و جریان طبیعی آرام فرض شده است. محدوده اعداد رایلی 105×4 تا 108 در محفظه دو بعدی با نسبت منظرهای متفاوت است. محفظه دارای دو دیوار عمودی با دماهای گرم و سرد با اختلاف دمای مشخص است و دو دیوار افقی آن عایق می باشد. معادلات حاکم به صورت عددی به روش حجم محدود و به کمک نرم افزار فلوئنت حل شدند. مشخص شد با توجه به مدل های استفاده شده برای ویسکوزیته و ضریب هدایت حرارتی نانوسیال، نانوسیال با غلظت های بیش تر، به دلیل هدایت حرارتی و نیز ویسکوزیته بالاتر نسبت به آب خالص، عدد ناسلت نانوسیال آلومینا-آب کاهش می یابد، به عبارتی عدد ناسلت در هر نسبت منظر مشخص، در کم ترین غلظت معادل 3/0 درصد کاهش و در بیش ترین غلظت نیز معادل 14 درصد کاهش می یابد. عدد ناسلت در یک غلظت ثابت و مشخص، در مقایسه با ضریب انتقال حرارت جا به جایی و هدایت حرارتی نانوسیال، به نسبت منظر محفظه وابسته تر می باشد و با افزایش نسبت منظر عدد ناسلت نیز روند افزایشی خواهد داشت و تحت تاثیر بیش تری قرار می گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

[1] Incropera, F. P., “Fundamentals of Heat and Mass Transfer”, John Wiley & Sons, (2011).

 

[2] Ostrach, S., “Natural Convection in Enclosures”, Journal of Heat Transfer, Vol. 110, pp. 1175-1190, (1988).

 

[3] Nsofor, C., “Recent Patents on Nano Fluids (Nanoparticles in Liquids) Heat Transfer”, Recent Patents on Mechanical Engineering, Vol. 1, pp. 190-197, (2008).

 

[4] Wang, X. Q., and Mujumdar, A. S., “A Review on Nano Fluids-Part II: Experiments and Applications”, Brazilian Journal of Chemical Engineering, Vol. 25, pp. 631-648,) 2008).

 

[5] Sparker, J., “A Critical Review on Convective Heat Transfer Correlations of Nano Fluids”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 15, pp. 3271-3277, (2011).

 

[6] Nie, X. B., Chen, S. Y., and Robbins, M. O., “A Continuum and Molecular Dynamics Hybrid Method for Micro and Nano Fluid Flow”, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 500, pp. 55-64, (2004).

 

[7] Cui, W., Shen, Z., Yang, J., and Wu, S., “Effect of Chaotic Movements of Nanoparticles for Nano Fluid Heat Transfer Augmentation by Molecular Dynamics Simulation”, Applied Thermal Engineering, Vol. 76, pp. 261-271, (2015).

 

[8] Xuan, Y., and Yao, Z., “Lattice Boltzmann Model for Nano Fluids, Heat and Mass Transfer”, Vol. 41, pp. 199-205, (2005).

 

[9] Lai, F. H., and Yang, Y. T., “Lattice Boltzmann Simulation of Natural Convection Heat Transfer of Al2O3/Water Nano Fluids in a Square Enclosure”, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 50, pp. 1930-1941, (2011).

 

[10] Kamyar, A., Saidur, R., and Hasanuzzaman, M., “Application of Computational Fluid Dynamics (CFD) for Nano Fluids”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 55, pp. 4104-4115, (2012).

 

[11] Khanafer, K., Vafai, K., and Lightstone, M., “Buoyancy-driven Heat Transfer Enhancement in a Two-dimensional Enclosure Utilizing Nano Fluids”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 46, pp. 3639-3653, (2003).

 

[12] Oztop, H. F., and Abu-Nada, E., “Numerical Study of Natural Convection in Partially Heated Rectangular Enclosures Filled with Nano Fluids”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, pp. 1326-1336, (2008).

 

[13] Aminossadati, S. M., and Ghasemi, B., “Natural Convection Cooling of a Localised Heat Source at the Bottom of a Nano Fluid-filled Enclosure”, European Journal of Mechanics-B/Fluids, Vol. 28, pp. 630- 640, (2009).

 

[14] Oueslati, F. S., and Bennacer, R., “Heterogeneous Nano Fluids: Natural Convection Heat Transfer Enhancement”, Nanoscale Research Letters, Vol. 6, pp. 1-11, (2011).

 

[15] Drzazga, M., Lemanowicz, M., Dzido, G., and Gierczycki, A., “Preparation of Metal Oxide-water Nano Fluids by Two-step Method, Inżynieriai Aparatura Chemiczna”, Vol. 51, pp. 213-215, (2012).

 

[16] Liu, L., Wang, M., and Liu, Y., “Experimental Investigation on Preparation and Stability of Al2O3/CuO-Water Nano Fluids”, 2015 Asia-Pacific Energy Equipment Engineering Research Conference, Atlantis Press, Zhuhai, China, (2015).

 

[17] Haddad, Z., Abid, C., Oztop, H. F., and Mataoui, A., “A Review on How the Researchers Prepare their Nano Fluids”, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 76, pp. 168-189, (2014).

 

[18] Vahl Davis, G. de, “Natural Convection of Air in a Square Cavity: a Bench Mark Numerical Solution”, International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 3, pp. 249-264, (1983).

 

[19] Meng, Xi., Zhang, Xi., and Li, Qian, “Numerical Investigation of Nano Fluid Natural Convection Coupling with Nanoparticles Sedimentation”, Applied Thermal Engineering, Vol. 95, pp. 411-420, (2015).

 

[20] Ho, C. J., Liu, W. K., Chang, Y. S., and  Lin, C. C., “Natural Convection Heat Transfer of Alumina-water Nano Fluid in Vertical Square Enclosures: An Experimental Study”, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 49, pp. 1345-1353, (2010).

 

[21] Das, S. K., Putra, N., Thiesen, P., and Roetzel, W., “Temperature Dependence of Thermal Conductivity Enhancement for Nano Fluids”, ASME Journal of Heat Transfer, Vol. 125, pp. 567-574, (2003).

 

[22] Maïga, S. E. B., and Nguyen, C.T., “Heat Transfer Behaviors of Nano Fluids in a Uniformly Heated Tube”, Super Lattices and Micro Structures, Vol. 35, pp. 543-557, (2004).

 

[23] Maxwell, J. C., “A Treatise on Electricity and Magnetism”, Oxford University Press, Cambridge, Vol. 2, pp. 435-441, (1904).

 

]24[گودرزی، وحید.، "بررسی عددی تأثیر ویژگی های متغیر نانوسیال روی جا به جایی آزاد در محفظه ها"، ص20-30، (1390)