بررسی عددی تأثیر نانوسیال بر راندمان چاه حرارتی میکرو کانالی با استفاده از روش تاگوچی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

استادیار، مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری، ساری

چکیده

در این مقاله عملکرد یک چاه حرارتی میکروکانالی با دو جنس مختلف آلومینیم و مس و با نانو سیالات مختلف و سیال پایه آب و اتیلن-گلیکول مورد مطالعه قرار گرفته است. چاه حرارتی میکروکانلی شامل تعدادی میکروکانال موازی است که برای کنترل دما بر روی یک منبع گرم مانند سی‌پی‌یو کامپیوتر قرار می‌گیرد. جریان درون کانال‌ها آرام، دائمی و سیال تراکم ناپذیر است. نانوسیالات مورد استفاده همگن در نظر گرفته شده‌اند. معادلات حاکم به‌صورت سه بعدی و به‌روش عددی حجم محدود حل شدند. برای بررسی تاثیر همزمان تمامی پارامترهای اثرگذار از روش آماری تاگوچی استفاده شده است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که در شرایط یکسان ترکیبات مختلف نانوذرات با سیال پایه اتیلن گلیکول در مقایسه با نانوسیالات آب بیش از ده برابر افت فشار ایجاد کرده و همچنین، دمای منبع گرم در این حالت تقریباً ده درجه سانتی گراد بالاتر است. بنابراین استفاده از نانوسیالات با سیال پایه اتیلن‌گلیکول توجیه‌پذیر نیست. از دیگر یافته‌های تحقیق این است که نانو سیال آب-اکسید تیتانیوم 5/0 درصد و کانال مسی از میان وضعیت‌های در نظر گرفته شده، بهترین راندمان را برای چاه حرارتی داشته اما نانوسیال آب-اکسید آلومینیم 8 درصد و کانال مسی بهترین کاهش دما را برای منبع گرم دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Jamarani A, Maerefat M, Eshagh Nimvari (2016) Numerical study of heat transfer in double-tube heat exchanger filled with porous material in a turbulent fluid flow. Modares Mech Eng 16(3): 173-184. (In persion)

[2] Shakiba A, Gorji M (2015) Numerical investigation of ferrofluid flow and heat transfer characteristics through a double pipe heat exchanger. Modares Mech Eng 15(2): 41-52. (In persion)

[3] Tuckerman DB, Pease R (1981) High-performance heat sinking for VLSI. Electron Devic Lett 2(5): 126-129.

[4] Ho CJ, Wei L, Li Z (2010) An experimental investigation of forced convective cooling performance of a microchannel heat sink with Al 2O 3/water nanofluid. Appl Therm Eng 30(2): 96-103.

[5] Salimi Gachuiee M, Peyghambarzadeh SM, Hashemabadi SH, Chabi A (2015) Experimental investigation of convective heat transfer of Al2O3/water nanofluid through the micro heat exchanger. Modares Mech Eng 15(2): 270-280. (In persion).

[6] Xuan Y, Li Q (2000) Heat transfer enhancement of nanofluids. Int J Heat Fluid Fl 21(1): 58-64.

[7] Lee J, Mudawar I (2007) Assessment of the effectiveness of nanofluids for single-phase and two-phase heat transfer in micro-channels. Int J Heat Mass Tran 50(3): 452-463.

[8] Chein R, Huang G (2005) Analysis of microchannel heat sink performance using nanofluids. Appl Therm Eng 25(17): 3104-3114.

[9] Wen D, Ding Y (2004) Experimental investigation into convective heat transfer of nanofluids at the entrance region under laminar flow conditions. Int J Heat Mass Tran 47(24): 5181-5188.

[10] Li J, Kleinstreuer C (2008) Thermal performance of nanofluid flow in microchannels. Int J Heat Fluid Fl 29(4): 1221-1232.

[11] Tsai TH, Chein R (2007) Performance analysis of nanofluid-cooled microchannel heat sinks. Int J Heat Fluid Fl 28(5): 1013-1026.

[12] Chen CH, Ding CY (2011) Study on the thermal behavior and cooling performance of a nanofluid-cooled microchannel heat sink. Int J Therm Sci 50(3): 378-384.

[13] Mohammed H, Gunnasegaran P, Shuaib N (2011) Influence of various base nanofluids and substrate materials on heat transfer in trapezoidal microchannel heat sinks. Int J Heat Mass Tran 38(2): 194-201.

[14] Jankrajang W (2003) Design of Experiment Approach for Improving Rice Milling Quality. Kasetsart University

[15] Um JM, Kim KS, Yam BJ, Hwang H (1996) Determination of an optimal configuration of operating policies for direct-input-output manufacturing systems using the Taguchi method. Comput Ind Eng 31(3): 555-560.

[16] Van Nostrand RC (2002) Design of experiments using the taguchi approach: 16 steps to product and process improvement. Technometrics 44(3): 289-289.

[17] Sivasakthivel T, Murugesan K, Thomas H (2014) Optimization of operating parameters of ground source heat pump system for space heating and cooling by Taguchi method and utility concept. Appl Energ 116: 76-85.

[18] Verma V, Murugesan K (2014) Optimization of solar assisted ground source heat pump system for space heating application by Taguchi method and utility concept. Energ Buildings 82: 296-309.

[19] Du T, Du W, Che K, Cheng L (2015) Parametric optimization of overlapped helical baffled heat exchangers by Taguchi method. Appl Therm Eng 85: 334-339.

[20] Ghassabi G, Kahrom M (2014) Experimental Investigation of dissimilarity between heat transfer and momentum transfer in a distributed boundary layer using design of experiments method. Modares Mech Eng 15(1): 323-331. (In persion)

[21] Milani Shirvan K, Mamourian M (2015) Numerical investigation and optimization of mixed convection and entropy generation in square cavity with lid-driven. Modares Mech Eng 15(8): 164-174. (In persion)

[22] Sabbah R, Farid MM, Al-Hallaj S (2009) Micro-channel heat sink with slurry of water with micro-encapsulated phase change material: 3D-numerical study. Appl Therm Eng 29(2): 445-454.

[23] Das SK, Choi SU, Patel HE (2006) Heat transfer in nanofluids—a review. Heat Transfer Eng 27(10): 3-19.

[24] Drew DA, Passman SL (2006) Theory of multicomponent fluids. Springer Science & Business Media.

[25] Xuan Y, Roetzel W (2000) Conceptions for heat transfer correlation of nanofluids. Int J Heat Mass Tran 43(19): 3701-3707.

[26] Yu W, Choi S (2003) The role of interfacial layers in the enhanced thermal conductivity of nanofluids: a renovated Maxwell model. ‎J Nanopart Res 5(1-2): 167-171.

[27] Taguchi G, Jugulum R (2002) The Mahalanobis-Taguchi strategy: A pattern technology system. John Wiley & Sons.

[28] George P, Pillai N, Shah N (2004) Optimization of shot peening parameters using Taguchi technique. J Mater Process Tech 153: 925-930.

[29] Montgomery DC (2008) Design and analysis of experiments. John Wiley & Sons.

[30] Celik N, Turgut E (2012) Design analysis of an experimental jet impingement study by using Taguchi method. Heat Transfer Eng 48(8): 1407-1413.