عنوان پایان‌نامه
بررسی تجربی اثر نانو ذرات بر دینامیک حباب گاز در ستون نانو سیال
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3403;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77626;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3403;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77626
- تاریخ دفاع
- ۱۷ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- حامد قره داغی
- استاد راهنما
- مهدی اشجعی
- چکیده
- در این پروژه به بررسی دینامیک تک حباب در ستون نانوسیال سیلیکا پرداخته می شود. مشخصه های حباب شامل قطر جدایش حباب، فرکانس تشکیل حباب، ضریب کروی بودن حباب و طول گردنی حباب مورد توجه قرار گرفته و حساسیت آن ها نسبت به پارامترهای کنترلی بررسی و تحلیل شده است. علاوه بر این، معادلات یانگ-لاپلاس برای حباب متقارن محوری به روش چند قسمتی برای پیش بینی مشخصه های حباب مورد استفاده قرار گرفته است. پارامترهای تاثیر گذار بر دینامیک حباب که در طی این پروژه بررسی شده اند شامل غلظت نانوذرات سیلیس، ارتفاع ستون نانوسیال، قطر سوزن تزریق و دبی گاز تزریقی می باشد. از پمپ سرنگ برای تزریق تک حباب به داخل ستون نانوسیال از طریق سوزن های استاندارد استفاده شده است. در حین ایجاد حباب در نوک سوزن، تصاویر آن با استفاده از دوربین سرعت بالا ثبت شده و با استفاده از روش پردازش تصویر در نرم افزار MATLAB پارامترهای مورد نیاز استخراج شده است. حساسیت مشخصه های حباب نسبت به پارامترهای کنترلی بررسی شده است. نتایج حاصل از حل عددی با نتایج تجربی مقایسه شده است. روش عددی مورد استفاده در 97.5% از بازه ی رشد حباب قابل استفاده بوده و با توجه به فرض اینکه شعاع خط سه گانه ی حباب برابر شعاع سوزن است، اندازه ی حباب را در حدود 6% کوچک تر پیش بینی می کند. در پایان نتایج تجربی به دست آمده برای ارایه ی یک رابطه ی پارامتری جهت پیش بینی قطر جدایش حباب با استفاده از روش بهینه سازی در MATLAB مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج تجربی به دست آمده نشان می دهد که با افزایش غلظت نانوذرات، افزایش قطر سوزن، کاهش ارتفاع ستون مایع و افزایش دبی گاز، قطر حباب کوچک تر و فرکانس تشکیل حباب بزرگ تر می گردد. کلید واژه ها: نانوسیال سیلیکا، رژیم حبابی، مطالعه ی عددی و تجربی، روش پردازش تصویر، تاثیر غلظت نانوذرات، مشخصه های جدایش حباب، معادلات یانگ-لاپلاس
- Abstract
- Bubble phenomena occurs frequently in domestic and various industries. In addition, this phenomena is considered as the fundamental process of complex fields, such as boiling. Due to this importance, growth and detachment of bubble has received a lot of attention over the last years. Furthermore, nanofluids in various fields, such as boiling and heat transfer are considered during the last decades. Since, these processes are complex and many factors are influential in bubble dynamics, it is very important to investigate the effect of each factor individually. The nanoparticles concentration is one of the most important variables in all areas of nanofluids usage. In present study, the effects of SiO2 nanoparticles concentration effect on air bubble dynamics are studied. Moreover, the effect of gas flow rate, liquid column height and needle diameter on bubble dynamics are considered. The syringe pump is used for injection of air in constant flow rate. The air bubbles are injected into stagnant SiO2 nanofluid column through the standard needles with different diameter. The formation, growth and detachment of bubble are captured by a high speed camera. The images are analyzed by image processing method of MATLAB software. Finally, the effect of nanoparticles concentration on bubble characteristics, such as volume, surface area, aspect ratio and frequency of bubble formation are studied. The Young-Laplace equation for axisymmetric bubble was used for simulation of bubble profile during the growth time. The multi-section-bubble method was applied for prediction of bubble characteristics using Young-Laplace equation. This equation results are useful during the 97.5% of bubble growth cycle. The results reveal the bubble size increases with increment of needle diameter and gas flow rate. Also, the bubble diameter at detachment decreases with increase in nanofluid concentration and liquid column height. Finally, experimental data were utilized for bubble detachment diameter estimation and generate a new correlation for prediction of the bubble detachment diameter with oprimization method. The mean absolute error between proposed correlation and experimental data was 1.25%. Keywords: Bubble dynamics, Experimental study, Nanoparticle concentration, Bubble diameter correlation, Bubble detachment characteristics,
