عنوان پایان‌نامه
بررسی افزایش انتقال حرارت حاصل از افزودن چند ذره مختلف نانو در جریان درهم نانو سیالات
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2541;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 60950
- تاریخ دفاع
- ۱۲ مهر ۱۳۹۱
- دانشجو
- بهروز تکابی
- استاد راهنما
- حسین شکوهمند
- چکیده
- محققان به واسطه آزمایشات و مطالعات بسیار، دریافتند که با افزودن ذرات در ابعاد نانو در یک سیال، ویژگیهای انتقال حرارتی سیال جدید که به «نانوسیال» موسوم است، نسبت به سیال پایه بهبود مییابد. از این رو نانوسیالات از جایگاه ویژه ای در مطالعات دهه اخیر دانشمندان برخوردار است. اما به منظور صنعتی کردن نانوسیالات، باید نانوسیالات را به گونه‌ای توسعه و بهبود بخشید که پاسخگوی نیازهای مختلف صنعت باشد. برای استفاده از نانوسیالات در صنعت، باید به یک نانوسیال پایدار رسید و نانو ذرات پراکنده در آن، تمایل تشکیل واکنش شیمیایی کمی داشته باشند؛ در عین حال باید از نانو ذراتی استفاده نمود که ضریب هدایت حرارتی بالایی داشته باشند. به منظور پاسخگویی به این نیاز صنعت، باید از ترکیب دو یا چند نوع نانوذرات در داخل سیال پایه استفاده نمود تا به طور همزمان بتوان از خواص مثبت تمامی انواع ذرات پراکنده در نانوسیال استفاده نمود. از این رو، در سالهای اخیر، سیال جدیدی به دنیای علم و صنعت معرفی شد که «هیبرید‌نانو‌سیال» نامیده شده‌است. در مطالعه حاضر، از هیبرید‌نانو‌سیالی با نانوذرات Al2O3 و Cu که به سیال پایه آب افزوده شده‌اند، استفاده شده‌است. زیرا آلومینا (Al2O3) که یک ماده سرامیکی است، خواص خوبی چون پایداری و تمایل اندک به واکنش شیمیایی دارد، اما نسبت به مواد فلزی ضریب هدایت حرارتی پایینی دارد. در مقابل، Cu ضریب هدایت حرارتی بالایی دارد؛ بنابراین، با افزودن این دو نانو ذره مختلف در داخل یک سیال پایه، میتوان نانوسیالهای رایج امروزی را به گونه‌ای توسعه بخشید که قابلیت استفاده در مراکز تحقیقاتی و کاربردی را دارا باشند. در این پژوهش، با استفاده از روش عددی حجم محدود، به بررسی انتقال حرارت و ویژگیهای هیدرو‌دینامیکی هیبرید‌نانو‌سیال ، در رژیم جریان مغشوش پرداخته شده‌است. در کد عددی استفاده شده، معادله کوپل سرعت-فشار، از الگوریتم شناخته شده تصحیح فشار SIMPLE حل شده‌است. همچنین برای تقریب ترمهای دیفیوژن و جابه‌جایی، از روش Upwind مرتبه اول استفاده شده‌است. در جریان درهم نیز از مدل استفاده شده‌است. با مقایسه نتایج حاصل از حل عددی با روابط تئوری و آزمایشگاهی، صحت کد عددی تأیید شده‌است و در انتها نتایج حاصل از هیبرید‌نانو‌سیال با نانوسیال ، و همچنین با آب خالص نیز مقایسه شده‌است. نتایج نشان میدهند که هیبرید‌نانو‌سیال ، انتقال حرارت را به میزان قابل توجهی نسبت به نانوسیال ، و همچنین آب خالص افزایش میدهد. این افزایش، برای مقادیر درصد حجمی بالاتر نانو ذرات و همینطور در اعداد رینولدز بالاتر، بیشتر مشاهده میشود. کلمات کلیدی: هیبرید نانوسیال، نانوذرات، جریان مغشوش، افزایش انتقال حرارت، افت فشار
- Abstract
- Researchers understood that by adding particles in nano-sized in a fluid, heat transfer characteristics of new fluid which is called “nanofluid”, are enhanced compared to the base fluid. So, nanofluids stand a special position in recent decade studies of researchers. For utilizing nanofluids in industrial applications, nanofluids must be developed and enhanced somehow they would be responder to various industrial requirements. In this way, it should be achieved to a stable nanofluid that the dispersed nanoparticles have low tendency to chemical react. In addition, this nanoparticle must be selected based on its high thermal conductivity. In order to resolve this needing, it can be used the composition of two or more types of nanoparticles in a base fluid to can benefit the positive features of all material types of dispersed in nanofluid, simultaneously. In recently years, a modern fluid has been introduced to science and industry that called “hybrid nanofluid”. In the present study, it is utilized hybrid nanofluid by nanoparticles Al2O3 and Cu added to water as a base fluid. Because, alumina (Al2O3) exhibits behavior of a ceramic material that has good properties such as high stability and good chemical inertness, but it has lower thermal conductivity compared to metallic materials. Whereas, Cu has high thermal conductivity. Therefore, it can be developed the common today nanofluids by adding two different types of nanoparticles in a base fluid, somehow they be suitable for research centers. In this study, employing numerical finite volume approach, heat transfer and hydrodynamic characteristics of hybrid nanofluid Al2O3+Cu/water, in turbulent regimes is investigated. In employed numerical code, velocity-pressure coupled equation has been solved by well-known pressure correction algorithm SIMPLE. Also, for approximation of diffusion and convective terms, it has been utilized first order Upwind method. approach has been used for turbulent flow. By comparison between numerical results and theoretical and semi-emprical equations, it has been verified the numerical code and so, the results of hybrid nanofluid were compared to Al2O3/water nanofluid and also a convential one. It was demonstrated that hybrid nanofluid Al2O3+Cu/water significantly increases heat transfer compared to Al2O3/water nanofluid and pure wate. This increasing is more significant for high Reynolds number and volume concentrations. Key words: Hybrid nanofluid, Nanoparticles, Turbulent flow, Heat transfer enhancement, Pressure drop
