حل عددی انتقال حرارت جابجایی طبیعی در محفظه مربعی شکل همراه با گوشه های اصلاح‌شده پرشده از نانو سیال آب اکسید آلومینیوم

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان

2 دانشیار مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان

چکیده

در این تحقیق به مدل‌سازی محفظه‌ای با سطح مقطع مربعی شکل همراه با کنج‌های دایروی پرشده از نانو سیال و بررسی تغییرات الگوی جریان و عملکرد انتقال حرارت جابجایی طبیعی درون آن پرداخته‌شده است. نانو سیال آب - اکسید آلومینیوم درون این محفظه، به‌عنوان سیال عامل در نظر گرفته‌شده است. ویسکوزیته دینامیکی و ضریب هدایت حرارتی بر طبق مدل‌های خواص متغیر جدید وابسته به قطر نانو ذرات، غلظت آن‌ها و دما است. شرایط مرزی، محفظه شامل دو دیوارۀ افقی آدیاباتیک و دیواره‌های عمودی هم‌دما است. برای حل عددی معادلات پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی از روش حجم محدود با سیستم شبکه با سازمان شده استفاده‌شده است. همچنین معادلات گسسته شده توسط روش‌های گسسته سازی‌های زمانی و مکانی در زبان برنامه‌نویسی فرترن نوشته‌شده است. اثر تغییر پارامترهای مانند نانو ذرات غیریکنواخت، اندازه قطر متوسط نانو ذرات، کسر حجمی نانو ذرات، در اعداد گراشف و پرانتل برای هندسه‌های مختلف موردبررسی قرارگرفته است. استفاده از نانو سیال باعث افزایش نرخ انتقال حرارت و عدد نوسلت شده به‌طوری‌که در در عدد گراشف ، عدد نوسلت 25%، در عدد گراشف ، 26% و در عدد گراشف ، 28% افزایش می‌یابد. علاوه براین با افزایش پارامتر مقدار کسر حجمی نانو ذرات و عدد نوسلت افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Choi SU, Zhang ZG, Keblinski P (2004) Nanofluids in encyclopedia of nanoscience and nanotechnology. American Scientific Publishers 6: 757-773.

[2]  Taheri Y, Ziapour BM, Alimardani K (2013) Study of an efficient compact solar water heater. Energ Convers Manage 70: 187-193.

[3]  Rezvani A, Valipour MS, Biglari M (2015) Numerical study of entropy generation for natural convection in cylindrical cavities. Int J Heat Mass Tran 3(2): 89-99.

[4]  Ziapour BM, Dehnavi R (2012) A numerical study of the arc-roof and the one-sided roof enclosures based on the entropy generation minimization. Comput Math Appl 64(6): 1636-1648.

[5]  Ziapour BM, Dehnavi R (2011) Finite-volume method for solving the entropy generation due to air natural convection in -shaped enclosure with circular corners. Math Comput Model 54: 1286-1299.

[6]  Dehnavi R, Rezvani A (2012) Numerical investigation of natural convection heat transfer of nanofluids in a Γ shaped cavity. Superlattice Microst 52: 312-325.

[7]  Salari M, Rezvani A, Mohammadtabar A, Mohammadtabar M (2015) Numerical study of entropy generation for natural convection in rectangular cavity with circular corners. Heat Tran Eng 36: 186-199.

[8]  Behseresht A, Noghrehabadi A, Ghalambaz M (2014) Natural-convection heat and mass transfer from a vertical cone in porous media filled with nanofluids using the practical ranges of nanofluids thermo-physical properties, Chem Eng Res Des 92: 447-452.

[9]  Haddad Z, Abu-Nada E, Oztop HF, Mataoui A (2012) Natural convection in nanofluids: Are the thermophoresis and Brownian motion effects significant in nanofluid heat transfer enhancement. Int J Therm Sci 57: 152-162.

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

[11] Eastman J, Choi U, Li S, Thompson L, Lee S (1996) Enhanced thermal conductivity through the development of nanofluids. in MRS proceedings.

[12] Lai FH, Yang YT (2011) Lattice Boltzmann simulation of natural convection heat transfer of Al2O3/water nanofluids in a square enclosure. Int J Therm Sci 5: 1930-1941.

[13] Hwang KS, Lee JH, Jang SP (2007) Buoyancy-driven heat transfer of water-based Al2O3 nanofluids in a rectangular cavity. Int J Heat Mass Tran 50: 4003-4010.

[14] Li CH, Peterson G (2006) Experimental investigation of temperature and volume fraction variations on the effective thermal conductivity of nanoparticle suspensions (nanofluids). J Appl Phys 99: 084314.

[15] زحمتکش الف (2014)  تولید آنتروپی نانوسیالات در همرفت طبیعی در محفظه‌های متخلخل مستطیل شکل. مجله مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 184-171 :4.

[16] جمشید اصلی د، عباسی ع (2013) شبیه‌سازی عددی دوفازی جریان و انتقال حرارت نانوسیال‌ها در میکرو چاه حرارتی با استفاده از مدل مخلوط همگن. مجله مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 63-51 :3.

[17] Dostdar MM, Yekani M (2017) Numerical study of mixed convection of nano fluid in a lid-driven cavity containing hot obstacles. Aerospace Mechanics Journal 12: 67-78.

[18] Zare Ghadi A, Sadegh Valipour M (2014) Numerical study of hydro-magnetic nanofluid mixed convection in a square lid-driven cavity heated from top and cooled from bottom. Transp Phenom Nano Micro Scales 2: 29-42.

[19] کارگر شریف آباد هـ، فلسفی م (2015) مدل سازی عددی انتقال حرارت جابجایی داخلی سیال مغناطیسی تحت میدان مغناطیسی منقطع و فرکانس‌های زمانی متفاوت. مجله مهندسی مکانیک مدرس 98-91 :15.

[20] Hemmat Esfe SSM, Mir-Talebi SS (2014) Influence of Variable properties nanofluid on combined convection heat transfer in a two sided lid-driven enclosure with sinusoidal temperature profile. Aerospace Mechanics Journal 10: 51-63.

[21] Chen W, Liu W, Liu B (2006) Numerical and experimental analysis of heat and moisture content transfer in a lean-to greenhouse. Energ Build 38: 99-104.

[22] Chen W, Liu W (2006) Numerical simulation of the airflow and temperature distribution in a lean-to greenhouse. Renew Energ 31: 517-535.

[23] Sharma P, Tiwari G, Sorayan V (1999) Temperature distribution in different zones of the micro-climate of a greenhouse: a dynamic model. Energy Convers Manage 40: 335-348.

[24] Impron I, Hemming S, Bot G (2007) Simple greenhouse climate model as a design tool for greenhouses in tropical lowland. Biosystems Eng 98: 79-89.

[25] Lin KC, Violi A (2010) Natural convection heat transfer of nanofluids in a vertical cavity: Effects of non-uniform particle diameter and temperature on thermal conductivity. Int J Heat Fluid Flow 31: 236-245.

[26] Hamilton R, Crosser O (1962) Thermal conductivity of heterogeneous two-component systems. Ind Eng Chem Fund 1: 187-191.

[27] Xu J, Yu B, Zou M, Xu P (2006) A new model for heat conduction of nanofluids based on fractal distributions of nanoparticles. J Phys Appl Phys  39: 4486.

[28] Chorin AJ (1967) A numerical method for solving incompressible viscous flow problems. J Comput Phys 2: 12-26.

[29] Chorin AJ (1997) A numerical method for solving incompressible viscous flow problems. J Comput Phys 135: 118-125.

[30] Khanafer K, Vafai K, Lightstone M (2003) Buoyancy-driven heat transfer enhancement in a two-dimensional enclosure utilizing nanofluids. Int J Heat Mass Tran 46: 3639-3653.

[31] Oliveski RDC, Macagnan MH, Copetti JB (2009) Entropy generation and natural convection in rectangular cavities. Appl Therm Eng 29: 1417-1425.

[32] Vahl Davis G de (1983) Natural convection of air in a square cavity: a bench mark numerical solution. Int J Numer Meth Fluid 3: 249-264.