عنوان پایان‌نامه
بررسی تجربی وعددی انتقال حرارت جابجایی اجباری از چاه حرارتی منییاتوری با کانال های دایروی با استفاده از نانو سیالات بررسی تاثیر درصد حجمی نانو ذرات
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1871;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 47120
- تاریخ دفاع
- ۱۶ بهمن ۱۳۸۹
- دانشجو
- سیدعبدالرضا فاضلی
- استاد راهنما
- مهدی اشجعی
- چکیده
- در این پایان نامه، تاثیر استفاده از نانوسیال اکسید سیلیس در افزایش نرخ انتقال حرارت جابه جایی اجباری از چاه حرارتی مینیاتوری با کانال‌های دایروی، به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای مدلسازی آزمایشگاهی از یک شبکه جریان با قابلیت کنترل دبی و دمای ورودی استفاده شد. همچنین به کمک یک هیتر بلاک، یک سطح شار ثابت برای شبیه سازی چیپ‌های الکترونیکی ساخته شد. از آب مقطر و نانوسیال سیلیکا با درصد حجمی نانوذرات بین 5/3 تا 5 به عنوان سیال خنک کننده استفاده گردید. دمای ورودی و خروجی چاه حرارتی و همچنین دمای چند نقطه از سطح آن به کمک ترموکوپلهای نوع K اندازه گیری و ثبت شد. استفاده از مقادیر اندازه گیری شده در معادلات مربوطه نشان داد که ضریب انتقال حرارت جابه جایی متوسط در رژیم جریان آرام برای نانوسیال با درصد حجمی های مختلف، بین 5 تا 15 درصد بیشتر از آب مقطر است. مسئله انتقال حرارت مزدوج مورد مطالعه به دو صورت دیگر نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. ابتدا با استفاده از روش میانگین گیری، معادلات حاکم بر مسئله استخراج و به کمک روشهای اسپکترال و تفاضل محدود حل شد. در روش دوم، با استفاده از نرم افزارهای گمبیت و فلوئنت، چاه حرارتی مورد نظر مدل سازی و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. دو مدل مختلف نیز برای شبیه سازی نانوسیال به کار برده‌شد، مدل اول که مدل ساده‌تری می‌باشد (درکد عددی مورد استفاده قرار گرفت) تنها اثر درصد حجمی نانوذرات را بر روی خواص نانوسیال درنظر گرفته‌است. مدل دوم، مدلی است که در آن اثر حرکت براونی نانوذرات درنظر گرفته شده‌است و با درنظر گرفتن این پدیده فیزیکی، خواص نانوسیال به دما وابسته شده‌است (مدل به کار گرفته شده در نرم افزار فلوئنت). نتایج به دست آمده از این دو روش، نشان داد که استفاده از مدلی که خواص نانوسیال را بر اساس حرکت براونی پیش بینی می‌کند، باعث افزایش دقت در تخمین ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیال می‌شود. علاوه براین افت فشار داخل چاه حرارتی نیز به کمک نتایج فلوئنت به دست آمده و مشخص شد که افت فشار در مورد نانوسیالات به دلیل دارا بودن ویسکوزیته بیشتر نسبت به آب، بیشتر است. در بخش انتهایی نیز یک شبکه عصبی به منظور تخمین پارامترهای حرارتی چاه حرارتی ارائه و آموزش داده شد و سپس با استفاده از این شبکه عصبی یک بهینه سازی چندهدفه به منظور یافتن داده های پارتو انجام و نتایج آن ارائه گردید.
- Abstract
- In this thesis, effect of using silica nanofluids on increasing the forced convection heat transfer rate from a miniature heat sink has been investigated numerically and experimentally. A flow loop with adjustable flow rate and inlet temperature has been utilized. In addition, a heater block has been used to model the constant heat flux surface of electronic chips. Distilled water and silica nanofluids, with nanoparticle volume fractions of 3.5, 4, 4.5 and 5 percent, are chosen as coolants. Type K thermocouples are employed to measure inlet, outlet, and heat sink’s surface temperatures. Substituting obtained values in appropriate formulas shows that the average convective heat transfer coefficient in laminar flow for nanofluids are between 5 to 15 percent higher than that for distilled water. The conjugate heat transfer problem under consideration has been then studied using two other methods. The first, utilizing the volume averaging technique the problems governing equations have been derived and solved numerically by means of a combination of spectral collocation methods and finite difference schemes. The second, GAMBIT and FLUENT commercial software are exploited to model and analyze the problem. Acceptable agreement has been observed between the experimental and numerical results. Afterwards, pressure drop values are obtained consulting FLUENT’s results and it is determined that nanofluid’s pressure drop is higher than water’s due to its greater viscosity.
