تحلیل انتقال گرمای جابجایی مختلط نانو سیال آب و اکسید مس در کانال قائم مربعی با رویکرد دو فاز اویلر- لاگرانژ

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استاد، دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مهندسی مکانیک

2 کارشناس ارشد، دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مهندسی مکانیک

3 دانشجوی دکتری، دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مهندسی مکانیک

چکیده

هدف از انجام مطالعه حاضر، تحلیل انتقال گرمای جابجایی مختلط نانو سیال آب و اکسید مس در داخل کانال قائم مربعی، تحت شار حرارتی ثابت می‌باشد. جریان سیال داخل کانال، آرام، پایا و سه بعدی در نظر گرفته شده است. از دیدگاه دو فاز اویلر- لاگرانژ برای تحلیل رفتار نانو سیال استفاده شده است. معادلات حاکم بر مسئله توسط روش حجم کنترل بر پایه روش المان محدود (CVFEM) گسسته سازی شده‌اند. تأثیر پارامترهایی مانند غلظت ذرات نانو، عدد رینولدز و عدد گراشف بر روی ضریب انتقال گرمای جابجایی مختلط، عدد ناسلت، پروفیل سرعت و دما، ضریب اصطکاک و نحوه پخش ذرات مورد تحلیل قرار گرفته است. به دلیل اهمیت دو نیروی براونی و ترموفورتیک، تاثیر این نیروها بر ضریب انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش غلظت ذرات نانو، موجب بیشتر شدن ضریب انتقال گرمای نانو سیال شده، ولی تأثیر قابل‌توجهی بر روی ضریب اصطکاک ندارد. به عنوان مثال برای غلظت 2 درصد ذرات نانو، افزایش 25 درصدی در ضریب انتقال گرما مشاهده می-شود. از سویی دیگر، افزایش عدد گراشف باعث کم شدن بهبود انتقال گرمای نانو سیال نسبت به سیال خالص می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ahuja AS (1975) Augmentation of heat transport in laminar flow of polystyrene suspensions. I. Experiments and results. J Appl Phys 46(8): 3408-3416.

[2] Choi SUS, Eastman J (1995) Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles. CONF-951135-29. Argonne National Lab., (United States) 99–105

[3] Xu H, Fan T, Pop I (2013) Analysis of mixed convection flow of a nanofluid in a vertical channel with the Buongiorno mathematical model. Int Commun Heat Mass Transf 44: 15-22.

[4] Shariat M, Akbarinia A, Nezhad AH, Behzadmehr A, Laur R (2011) Numerical study of two phase laminar mixed convection nanofluid in elliptic ducts. Appl Therm Eng 31(14-15): 2348-2359.

[5] Allahyari S, Behzadmehr A, Hosseini Sarvari SM (2011) Conjugate heat transfer of laminar mixed convection of a nanofluid through a horizontal tube with circumferentially non-uniform heating. Int J Therm Sci 50(10): 1963-1972.

[6] Akbari M, Behzadmehr A, Shahraki F (2008) Fully developed mixed convection in horizontal and inclined tubes with uniform heat flux using nanofluid. Int. J. Heat Fluid Flow 29(2): 545-556.

[7] Rahman MM, Öztop HF, Ahsan A, Saidur R, Al-Salem K, Rahim NA (2012) Laminar Mixed Convection in Inclined Triangular Enclosures Filled with Water Based Cu Nanofluid. Ind Eng Chem Res 51(10): 4090-4100.

[8] Mohammed HA, Om NI, Shuaib NH, Saidur R (2011) Heat transfer enhancement for combined convection flow of nanofluids in a vertical rectangular duct considering radiation effects. Heat Transf Res 40(5): 448-463.

[9] محسن نظری، محمدحسن کیهانی، حامد سلطان­زاده (1392) بررسی تجربی انتقال حرارت نانو سیال آلومینا/ آب داخل لوله افقی. انتقال حرارت و پیشرانش، مجله علمی پژوهشی مکانیک هوافضا، جلد 9 شماره 1.

[10] Kayhani MH, Soltanzadeh H, Heyhat MM, Nazari M, Kowsary F (2012) Experimental study of convective heat transfer and pressure drop of TiO2/water nanofluid. Int Commun Heat Mass Trans 39(3): 456-462.

[11] Maghrebi MJ, Nazari M, Armaghani T (2012) Forced convection heat transfer of nanofluids in a porous channel. Transport in porous media 93(3): 401-413

[12] Armaghani T, Maghrebi MJ, Chamkha AJ, Nazari M. (2014). Effects of Particle Migration on Nanofluid Forced Convection Heat Transfer in a Local Thermal Non-Equilibrium Porous Channel. J Nanofluid 3(1): 51-59.

[13] Kayhani MH, Nazari M, Soltanzadeh H, Heyhat MM., Kowsary F (2012). Experimental analysis of turbulent convective heat transfer and pressure drop of Al2O3/water nanofluid in horizontal tube. Micro Nano Letter 7(3): 223-227

[14] Rana P, Bhargava R (2011) Numerical study of heat transfer enhancement in mixed convection flow along a vertical plate with heat source/sink utilizing nanofluids. Commun. Nonlinear Sci Numer Simul 16(11): 4318-4334.

[15] He Y, Men Y, Zhao Y, Lu H, Ding Y (2009) Numerical investigation into the convective heat transfer of TiO2 nanofluids flowing through a straight tube under the laminar flow conditions. Appl Therm Eng 29(10): 1965-1972.

[16] Bianco V, Chiacchio F, Manca O, Nardini S (2009) Numerical investigation of nanofluids forced convection in circular tubes. Appl Therm Eng 29(17-18): 3632-3642.

[17] Crowe CT, Schwarzkopf JD, Sommerfeld M, Tsuji Y (2011) Multiphase flows with droplets and particles. 2nd edn. CRC Press

[18] Ranz WE, Marshall WR (1952) Evaporation from drops. Part I. Chem Eng Progr 48(3): 141-146.

[19] Crowe CT, Schwarzkopf JD, Sommerfeld M, Tsuji Y (2011) Multiphase flows with droplets and particles. 2nd edn.  (p. 509).

[20] Saffman PG (1965) The lift on a small sphere in a slow shear flow. J Fluid Mech 22(02): 385-400.

[21] Li A, Ahmadi G (1992) Dispersion and deposition of spherical particles from point sources in a turbulent channel flow. Aerosol Sci Technol 16(4): 209-226.

[22] Talbot L, Cheng RK, Schefer RW, Willis DR (2006) Thermophoresis of particles in a heated boundary layer. J. Fluid Mech. 101(04): 737-758

[23] Peng W, Minli B, Jizu L, Liang Z, Wenzheng C, Guojie L (2013) Comparison of multidimensional simulation models for nanofluids flow characteristics. Numer. Heat Transf Part B: Fundamentals 63(1): 62-83.

[24] Bejan A (2013) Convection heat transfer. 4th edn. Wiley.

[25] Baliga BR, Patankar SV (1983) A control volume finite-element method for two-dimensional fluid flow and heat transfer. Numer Heat Transf 6(3): 245-261.

[26] Rhie.CM, Chow WL (1983) Numerical study of the turbulent flow past an airfoil with trailing edge separation. AIAA J. 21(11): 1525-1532.

[27] ANSYS® Academic Research, Release 14.0, CFX, ANSYS, Inc.

[28] Morcos SM, Hilal MM, Kamel MM, Soliman MS (1986) Experimental Investigation of Mixed Laminar Convection in the Entrance Region of Inclined Rectangular Channels. J Heat Transfer 108(3): 574-579.

[29] Nassan TH, Heris SZ, Noie SH (2010). A comparison of experimental heat transfer characteristics for Al2O3/water and CuO/water nanofluids in square cross-section duct. Int. Commun. Heat Mass Transf. 37(7): 924-928.