شبیه سازی عددی دوفازی جریان و انتقال حرارت نانوسیالها در میکرو چاه حرارتی با استفاده از مدل مخلوط همگن

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشکده مکانیک - دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

در مقاله حاضر، جریان و انتقال حرارت جابجایی آرام نانوسیالها در یک میکروکانال دو بعدی با صفحات موازی بدون و با در نظر گرفتن انتقال حرارت هم بسته به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. دو نوع نانوذرات آلومینوم اکسید و تیتانیم اکسید به ترتیب با قطرهای 47 و 27 نانومتر برای بررسی انتخاب شده ‌اند. حل عددی در محدوده‌ی اعداد رینولدز کمتر و مساوی 16، غلظت 1 تا 4 درصد و برای مقادیر مختلف نسبت هدایت گرمایی چاه حرارتی به هدایت گرمایی سیال پایه انجام شده است. همچنین، مدل مخلوط دوفازی به صورت همگن برای حل جریان استفاده شده است. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی و کسر حجمی برای فاز ذرات با استفاده از روش حجم محدود حل شده است. حضور نانوذرات باعث تغییراتی در پروفیل سرعت و توزیع دمای بی بعد شده می شود. نتایج نشان داد که انتقال حرارت نسبت به آب خالص، با افزایش عدد رینولدز، غلظت نانوذرات، هدایت گرمایی چاه حرارتی و استفاده از نانوسیال آلومینا/آب در مقایسه با تیتانیم اکسید/آب، افزایش می ‌یابد. نتایج مدل مخلوط دو فازی همگن، تطابق خوبی با نتایج عددی دیگر محققان دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Masuda H, Ebata A, Teramae K., Hishinuma N (1993) Alteration of thermal conductivity and viscousity of liquid by dispersing ultra-fine particles. Netsu Bussei 7: 227–233.

[2] Choi SUS (1995) Enhancing thermal conductivity of fluid with nanoparticles. Developments and Application of non-newtonian flows. D.A.siginer and H.P. Wangeds., ED, v.231/MD (66): 99–105.

[3] Pak BC, Cho YI (1998)  Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles. Exp Heat Transfer 11: 151–170.

[4] Kays WM, Crawford ME (1993) Convective heat and mass transfer. 3rd edn. McGraw-Hill, New York.

[5] Akbarnia A, Laur R (2008) Investigating the diameter of solid particles effects on a laminar nano fluid flow in a curved tube using a two phase approach. Int J Heat Fluid Flow 29: 706–714.

 [6] Kalteh M, Abbassi A, Saffar-Avval M, Harting, J, Darhuber A, Harting J (2011)  Eulerian-Eulerian two-phase numerical simulation of nanofluid laminar forced convection in a microchannel. Int J Heat Fluid Flow 32: 107–116.

[7] Yang YT, Lai FH (2011) Numerical study of flow and heat transfer characteristics of alumina-water nanofluids in a microchannel using the lattice Boltzmann method. Int Commun Heat Mass38: 607–614.

[8] Abbasian Arani AA, Amani J (2013) Experimental investigation of diameter effect on heat transfer performance and pressure drop of TiO2–water nanofluid. Experimental Thermal and Fluid Science 44: 520–533.

[9] Kalteh M, Abbassi A, Saffar-Avval M, Frijns A, Darhuber A, Harting J (2012) Experimental and numerical investigation of nanofluid forced convection inside a wide microchannel heat sink. Appl Therm Eng 36 :260–268.

[10] Kalteh M (2013) Investigating the effect ofvarious nanoparticle and base liquid types onthe nanofluidsheat and fluidflowinamicrochannel. Appl Math Modelxxx xxx–xxx  (ARTICLE IN PRESS).

[11] Lelea D (2011) The performance evaluation of Al2O3/water nanofluid flow and heat transfer in microchannel heat sink. Int J Heat Mass Transfer 54: 3891–3899.

[12] Khanafer Kh, Vafai  K (2011) A critical synthesis  of thermophysical characteristics of nanofluids. Int J Heat Mass Transfer 54 : 4410–4428.

[13] Aminfar H, Mohammadpourfard M, Zonouzi, SA (2013) Numerical study of the ferrofluid flow and heat transfer through a rectangular duct in the presence of a non-uniform transverse magnetic field. J Magn Magn Mater 327: 31–42.

[14] Aminfar H, Mohammadpourfard,M, Kahnamouei YN (2011)  A 3D numerical simulation of mixed convection of a magnetic nanofluid in the presence of non-uniform magnetic field in a vertical tube using two phase mixture model. J Magn Magn Mater 323: 1963–1972.

[15] Boulet P, Moissette S (2002) Influence of the particle-turbulence modulation modeling in the simulation of a non-isothermal gas–solid flow. Int J Heat Mass Transfer 45: 4201–4216.

[16] Mintsa HA, Roy G, Nguyen CT, Doucet D (2009) New temperature dependent thermal conductivity data for water-based nanofluids. Int J Therm Sci 48: 363–371.

[17] Nguyen CT, Desgranges F, Roy G, Galanis N, Maré T, Boucher S, Mintsa HA  (2007) Temperature an  particle-size dependent viscosity data for water-based nanofluids-hysteresis phenomenon. Int J Heat Fluid Flow 28 :1492–1506.