شبيه سازي عددي جابجايي طبيعي نانوسيال درون محفظه شيب دار

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

چكيده جابجايي طبيعي در محفظه‌هاي بسته ازجمله پديده‌هاي مهم در بسياري از كاربردهاي مهندسي نظير سيستم‌هاي خنك كاري الكترونيك، مبدل‌هاي حرارتي، انرژي خورشيدي، ذخيره‌سازي حرارتي و تجهيزات تهويه مطبوع است. استفاده از نانو سيالات مي‌تواند به‌عنوان رويكردي نوين موجب بهبود كارايي انتقال حرارت در اين سامانه‌ها شود. ازاين‌رو، بررسي رفتار حرارتي نانو سيال در محفظه‌هاي شيب‌دار مي‌تواند نقش مهمي در طراحي و ارتقاي عملكرد تجهيزات حرارتي داشته باشد. در اين پژوهش، جابجايي طبيعي نانو سيال درون يك محفظه مربعي شيب‌دار به‌صورت عددي و با استفاده از نرم‌افزار انسيس فلوينت بررسي‌شده است. هدف اصلي، تحليل اثر زاويۀ محفظه براي سه زاويه مختلف محفظه (60°،30°،ϴ=0°) و سه مقدار عدد رايلي (104،105،106Ra=) و سه غلظت نانوذره (4%،2%، φ=0%) بر توزيع دما، ساختار جريان و نرخ انتقال حرارت بوده است. شبيه‌سازي‌ها براي سه زاويۀ محفظه سه عدد رايلي و سه غلظت نانو سيال انجام‌شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه زاويۀ محفظه تأثير قابل‌توجهي بر الگوي جريان و انتقال حرارت دارد و زاويۀ 30 درجه با ايجاد هم‌راستايي مناسب‌تر نيروهاي شناوري و افزايش شدت گردش سيال، بيشترين عدد ناسلت را توليد مي‌كند. بررسي غلظت نانوذره نيز نشان داد كه افزودن مقدار بهينه نانوذره موجب بهبود انتقال حرارت مي‌شود و غلظت 2 درصد بهترين عملكرد را داشته است؛ درحالي‌كه غلظت‌هاي بالاتر مانند 4 درصد به دليل افزايش ويسكوزيته موجب كاهش نسبي جريان و افت جزئي انتقال حرارت مي‌شود. همچنين افزايش عدد رايلي منجر به تقويت جابجايي طبيعي و افزايش محسوس عدد ناسلت مي‌گردد. مقايسۀ سيال پايه و نانو سيال نشان داد كه نانو سيال مي‌تواند انتقال حرارت را نسبت به آب خالص بين 6 تا 9 درصد افزايش دهد. درمجموع، نتايج نشان مي‌دهد كه انتخاب زاويۀ مناسب محفظه و غلظت بهينۀ نانوذره مي‌تواند نقش مهمي در ارتقاي عملكرد حرارتي سيستم‌هاي مبتني بر جابجايي طبيعي ايفا كند و به طراحي بهينه تجهيزات حرارتي پيشرفته كمك نمايد.

236888

تبديل انرژي

فني مهندسي گلپايگان

دانشگاه صنعتي اصفهان