عنوان پایان‌نامه
مطالعه تجربی انتقال حرارت جریان نانو سیال در چاه حرارتی صفحه ای - پینی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2086;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 51926;کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2086;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 51926
- تاریخ دفاع
- ۲۶ بهمن ۱۳۹۰
- دانشجو
- هوتن زیرک زاده
- استاد راهنما
- مهدی اشجعی
- چکیده
- در این پایان نامه، تاثیر استفاده از نانوسیال‌های اکسید سیلیس و اکسید آلومینیم در افزایش نرخ انتقال حرارت جابه جایی اجباری و افت فشار در یک چاه حرارتی مینیاتوری صفحه‌ای پینی، به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام مطالعه‌ی آزمایشگاهی یک شبکه جریان با قابلیت کنترل دبی و دمای ورودی ساخته شد. همچنین، به منظور شبیه‌سازی چیپ‌های الکترونیکی از یک هیتر‌بلاک که توانایی ایجاد یک سطح شار ثابت را داشت کمک گرفته شد. از آب مقطر و نانوسیال‌های سیلیکا و آلومینا با درصد حجمی نانوذرات 5/0، 1، 5/1 و 2 درصد به عنوان سیال خنک کننده استفاده گردید. دمای سیال ورودی و خروجی چاه حرارتی و همچنین دمای چند نقطه از سطح آن به کمک ترموکوپلهای نوع K اندازه گیری و ثبت شد. به علاوه، از یک فشارسنج بسیار دقیق برای اندازه‌گیری افت فشار در چاه حرارتی مورد بررسی استفاده شد. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که، ضریب انتقال حرارت جابه جایی متوسط در رژیم جریان آرام برای نانوسیال سیلیکا با درصد حجمی های مختلف، تا 6 درصد و برای نانوسیال آلومینا بین 8 تا 15 درصد بیشتر از آب مقطر است. ضمناً، مشخص شد که افت فشار در نانوسیالات به دلیل دارا بودن ویسکوزیته‌ی بیشتر و برخورد ذرات بیشتر از افت فشار سیال پایه بود. در قسمت بعد، مسئله انتقال حرارت مزدوج به صورت عددی نیز مورد بررسی قرار گرفت. در این روش، با استفاده از نرم افزارهای متلب، گمبیت و فلوئنت، چاه حرارتی مورد نظر مدل سازی و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. از دو مدل مختلف برای شبیه سازی نانوسیال و ضریب هدایت حرارتی آن بهره گرفته شد. مدل اول تاکید بیشتری بر حرکت براونی و مدل دوم بیشتر به اثر نانولایه‌ی میانی می‌پردازد. در گام بعدی، داده‌های آزمایشگاهی و عددی با هم مقایسه شدند تا صحت بخش عددی تایید شود. نتایج عددی به دست آمده، نشان داد که استفاده از مدلی که خواص نانوسیال را بر اساس حرکت براونی پیش بینی می‌کند، نتایج نزدیکتری را نسبت به داده‌های آزمایشگاهی ارائه می‌کند. علاوه براین افت فشار داخل چاه حرارتی نیز به کمک نتایج فلوئنت به دست آمد. در بخش انتهایی نیز اثر تغییر برخی پارامترهای هندسی چاه حرارتی مانند تعداد و قطر پین‌ها مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که می‌توان با افزایش تعداد پین‌ها و یا تغییر قطر پین به ضریب انتقال حرارت بیشتری نسبت به چاه حرارتی اولیه دست یافت.
- Abstract
- In this thesis, the effect of using Alumina and Silica nanofluids on heat transfer coefficient and pressure drop of a miniature plate-pin fin heatsink was investigated both experimentally and numerically. In order to perform the experimental tests, a flow loop with adjustable flow rate and controllable inlet temperature was built. Also, for modeling an electronic chip, a heater block that could provide us with a constant heat flux surface was manufactured. Coolants that we used in this study included distilled water, Silica nanofluids, and Alumina nanofluids with 0.5, 1, 1.5, and 2% volume fraction of nanoparticles. The surface temperatures of the heatsink, inlet and outlet temperatures of the coolants were measured using K-type thermocouples. Moreover, a precision pressure transducer was utilized to analyze pressure drop over the tested heatsink. Experimental results revealed that, the average heat transfer coefficient for the Silica and Alumina nanofluids, respectively, were increased up to 8 and 16% in comparison with distilled water. Pressure measurements showed a high increase in the pressure drop of the heatsink when nanofluids were used instead of pure water. This can be attributed to the higher viscosity of nanofluids and inter-particle interactions. In the next part, the conjugate heat transfer problem was solved numerically. For performing numerical investigation, Matlab, Gambit, and Fluent commercial software were took into action. In addition, two different models for simulating the nanofluid and its thermal conductivity were studied. First model was based on the Brownian motion of the particles and second model took the impact of interfacial nanolayer into effect. Both models utilize the concept of temperature dependent properties. Numerical results presented that the model in which Brownian motion is regarded has a better prediction of experimental data. In the last section, the effect of changing geometrical parameters of heatsink such as pin diameter and pin numbers on heat transfer coefficient was investigated; And, It was shown that changing these paprameters could help to more increasement of heat transfer coefficient.
