عنوان پایان‌نامه
اثر خواص متغیر نانوسیال بر انتقال حرارت جابجایی آرام در میکروکانالهای حلقوی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک - تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72460;کتابخانه پردیس البرز شماره ثبت: 844
- تاریخ دفاع
- ۰۳ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- مرتضی حیدری
- استاد راهنما
- حسین شکوهمند
- چکیده
- با توجه به کاربرد روز افزون میکروکانال‌ها و نانوسیال‌ها در کاربردهای مختلف انتقال حرارت، مسئله بررسی اثر خواص متغیر نانوسیال آب-آلومینا (Al2O3-Water) بر جریان و انتقال حرارت آن در میکروکانال حلقوی در این پایان‌نامه بررسی شده است. مسئله برای دو نوع شرایط مرزی دما ثابت حل شده است. در نوع اول دمای دیواره‌های داخلی و خارجی میکروکانال متفاوت و در نوع دوم برابر است. خواص ترموفیزیکی نانوسیال شامل چگالی، ظرفیت حرارتی، لزجت و ضریب هدایت حرارتی وابسته به دما و اثر قطر نانوذرات وکسر حجمی نانوسیال در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود و الگوریتم سیمپل برای جریان دوبعدی در میکروکانال حلقوی با نسبت شعاع داخلی به خارجی r^*=0.5 حل شده‌اند. نتایج حل مسئله شامل پارامترهای مختلف جریان و انتقال حرارت برای دو نوع شرایط مرزی ارائه شده است و تغییرات برخی شاخصه‌ها در نزدیکی هر دو دیواره داخلی و خارجی نمایش داده شده و نمودارها برای سه حالت آب خالص، نانوسیال با فرض خواص ثابت با کسر‌حجمی 4% و نانوسیال با خواص متغیر با کسر حجمی 4% رسم شده است. روند تغییرات برای این سه حالت مقایسه شده و سعی شده تعابیر فیزیکی برای این تغییرات ارائه شود. نتایج نشان می‌دهد که روند تغییرات برای حل خواص متغیر و خواص ثابت در برخی موارد تفاوت قابل توجهی دارند و فرض خواص ثابت قادر به پیش‌بینی برخی ظرایف در تغییرات پارامترها در راستای شعاع و در طول میکروکانال نمی‌باشد. همچنین اضافه شدن کسر حجمی نانوسیال باعث افزایش ضریب انتقال حرارت و در عین حال افزایش اصطکاک و تنش برشی در نزدیکی دیواره‌ها نیز می‌شود، درحالیکه افزایش قطر نانوذرات موجب کاهش تنش برشی و نیز کاهش ضریب انتقال حرارت جابجایی می‌شود. با توجه به کاربرد روز افزون میکروکانال‌ها و نانوسیال‌ها در کاربردهای مختلف انتقال حرارت، مسئله بررسی اثر خواص متغیر نانوسیال آب-آلومینا (Al2O3-Water) بر جریان و انتقال حرارت آن در میکروکانال حلقوی در این پایان‌نامه بررسی شده است. مسئله برای دو نوع شرایط مرزی دما ثابت حل شده است. در نوع اول دمای دیواره‌های داخلی و خارجی میکروکانال متفاوت و در نوع دوم برابر است. خواص ترموفیزیکی نانوسیال شامل چگالی، ظرفیت حرارتی، لزجت و ضریب هدایت حرارتی وابسته به دما و اثر قطر نانوذرات وکسر حجمی نانوسیال در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود و الگوریتم سیمپل برای جریان دوبعدی در میکروکانال حلقوی با نسبت شعاع داخلی به خارجی r^*=0.5 حل شده‌اند. نتایج حل مسئله شامل پارامترهای مختلف جریان و انتقال حرارت برای دو نوع شرایط مرزی ارائه شده است و تغییرات برخی شاخصه‌ها در نزدیکی هر دو دیواره داخلی و خارجی نمایش داده شده و نمودارها برای سه حالت آب خالص، نانوسیال با فرض خواص ثابت با کسر‌حجمی 4% و نانوسیال با خواص متغیر با کسر حجمی 4% رسم شده است. روند تغییرات برای این سه حالت مقایسه شده و سعی شده تعابیر فیزیکی برای این تغییرات ارائه شود. نتایج نشان می‌دهد که روند تغییرات برای حل خواص متغیر و خواص ثابت در برخی موارد تفاوت قابل توجهی دارند و فرض خواص ثابت قادر به پیش‌بینی برخی ظرایف در تغییرات پارامترها در راستای شعاع و در طول میکروکانال نمی‌باشد. همچنین اضافه شدن کسر حجمی نانوسیال باعث افزایش ضریب انتقال حرارت و در عین حال افزایش اصطکاک و تنش برشی در نزدیکی دیواره‌ها نیز می‌شود، درحالیکه افزایش قطر نانوذرات موجب کاهش تنش برشی و نیز کاهش ضریب انتقال حرارت جابجایی می‌شود.
- Abstract
- In the present work, the effect of variable properties on Al2O3-Wtaer nanofluid flow and heat transfer in an annular microchannel is numerically investigated. Two different constant temperature boundary conditions are considered. In the type number 1, the inner and outer walls are maintained at different temperatures and in the type number 2, the temperatures are similar. Thermo-physical properties including density, specific heat capacity, viscosity and thermal conductivity are assumed to be temperature dependent. The effects of nanoparticle diameter and volume fraction are also investigated. The governing equations are discretised using finite volume method and are solve by SIMPLE algorithm for two dimensional flow in annular microchannel with radius ratio of . The results are provided for several flow and heat transfer characteristics for the two types of boundary conditions and for three cases of pure water, constant property assumption and variable property assumption with 4% of volume fraction. It can be observed that the variations of some parameters along the microchannel and along the cross sectional area are somehow different for constant and variable property assumptions. In fact, the constant property assumption is unable to predict the variations accurately. The fully developed conditions (hidrodynamically and thermally) occurs in different locations for constant and variable property assumptions. Also it was observed that adding nanoparticles leads to an increase in convective heat transfer coefficient and shear stress, while increase in the particle diameter reduces both of the mentioned characteristics. Keywords: Heat Transfer, Variable Properties, Nanofluid, Particle Diameter, Annular Microchannel
