بررسی عددی تأثیر ویژگی های متغیر نانوسیال روی جابجایی آزاد در محفظه ها
چکیده
نانوسیال عبارت است از مخلوط نانوذرات در یک سیال پایه. نانوسیالات، به دلیل هدایت حرارتی بالای غیر عادی ای که دارند، سیالات نوید بخشی برای افزایش انتقال حرارت هستند. در حال حاضر تفاوت های قابل توجهی در داده های رسانش حرارتی و گرانروی نانوسیالات در مطالعات گوناگون وجود دارد و مکانیزم های افزایش رسانش حرارتی نانوسیالات هنوز به طور کامل قابل درک نیستند. در بخش اول این پایان نامه، مروری بر جزئیات مطالعات گوناگون بر روی ویژگی های ترموفیزیکی نانوسیالات صورت گرفته است. مطالعات تجربی زیادی بر حسب تأثیرات بعضی پارامترها نظیر غلظت حجمی ذره، اندازه ذره و دما روی ضریب رسانایی و گرانروی نانوسیالات توسط محققان انجام شده است. در قسمت دوم این پژوهش رابطه ای نیمه تجربی برای رسانایی حرارتی موثر نانوسیالات بر اساس پوشش سطح مشترک ذره- سیال و حرکت براونی به دست آمده است. در مقایسه با مدل های مرسوم، مدل جدید ارائه شده تنها به ضریب رسانایی سیال و ذره جامد و کسر حجمی آن ها وابسته نیست بلکه به اندازه ذرات، دما و ویژگی های نانولایه نیز بستگی دارد. یک رابطه نیمه تجربی نیز برای پیش بینی لزجت دینامیکی نانوسیالات بر اساس تأثیرات دما، اندازه و کسر حجمی ذرات ارائه شده است. نتایج حاصل از مدل های حاضر برای ضریب رسانش حرارتی موثر و گرانروی نانوسیالات آب/ cuo، آب/ al2o3 و آب/ tio2مطابقت خوبی با نتایج تجربی نشان می دهند. تحقیق در مورد جابجایی آزاد نانوسیالات به خاطر کاربردهای عملی آن ها در تجهیزات انتقال حرارت از اهمیت بسیاری برخوردار است. هدف از پایان نامه حاضر بررسی عددی تأثیرات ویژگی های متغیر بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیالات با سیال پایه آب است. در این میان اثرات ترموفورسیز نانوذرات و دوفور بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیالات به طور همزمان بررسی شده است. با استفاده از فرمول بندی دوپخشی، ترکیب اثرات حرکت براونی، ترموفورسیز و دوفور بر تغییرات انتقال گرما و عدد ناسلت جابجایی آزاد در محفظه های مستطیلی با دیواره های دما ثابت نیز به طور عددی بررسی شده است. برای حل عددی معادلات حاکم از روش حجم کنترل استفاده شده است. هم چنین از روش اختلاف مرکزی برای تقریب ترم های دیفیوژن و جابجایی و سایر جمله ها بهره برده ایم. از روش ضمنی با گسسته سازی مرتبه دوم مکانی و الگوریتم simple برای حل معادلات استفاده شده است. نتایج عددی حاصل با نتایج تجربی و عددی دیگران مقایسه شده است و مطابقت خوبی به ویژه با داده های آزمایشگاهی مشاهده می شود. این مطابقت می تواند نشان دهنده اعتبار مدل دو پخشی حاضر در توجیه رفتار انتقال گرمای نانوسیالات باشد.