مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل تک فاز و دو فاز جابجایی مختلط نانو سیال در کانال قائم مستطیلی تحت شرایط مرزی گرمایی نامتقارن

نویسندگان
1 استاد دانشگاه علم و صنعت ایران
2 دانشجو دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
در مقاله حاضر به مدل‌سازی عددی جریان آرام توأم با جابجایی مختلط نانو سیال آب-اکسید تیتانیوم در کانال قائم مستطیلی پرداخته شده است. بدین منظور از دو دیدگاه تک فاز و دو فاز استفاده شده است. در بخش دو فاز روش اویلر-لاگرانژ برای شبیه‌سازی پخش ذرات در سیال پایه به کار رفته است. این روش به گونه ایست که در آن سیال پایه به صورت فاز پیوسته و نانو ذرات به صورت فاز گسسته معلق در آن مدل می‌شوند، به طوری که اثر ذرات بر سیال پایه به صورت ترم چشمه در معادلات مومنتوم و انرژی لحاظ می‌شود. معادلات حاکم به روش حجم کنترل بر پایه المان محدود (CVFEM) گسسته سازی شده‌اند. اثر درصد حجمی و اندازه نانو ذرات، نسبت منظری سطح مقطع کانال، شرایط مرزی نامتقارن و اثر نیروی شناوری بر پارامترهای هیدرودینامیکی و حرارتی ارائه و مورد بحث قرار گرفت. در مقایسه بین مدل تک فاز و دو فاز مشخص شده است که مدل دوفاز نتایج دقیقتری را نسبت به مدل تک فاز در اختیار میگذارد. مشاهده می‌شود که افزایش درصد حجمی نانو ذرات، باعث بهبود ضریب انتقال حرارت می‌شود و این اثر در نسبت‌های منظری بالاتر، پررنگتر است. همچنین در عدد ریچاردسون پایین تر که اثر جابجایی اجباری بیشتر از جابجایی آزاد است، پخش نانو ذرات آب-اکسید تیتانیوم در سیال پایه به نحوی است که بهبود انتقال حرارت بیشتر خواهد بود. در حالی که بهبود انتقال حرارت جابجایی برای %1 درصد حجمی نانو ذرات و Ri=0.5 در حدود %6.5 می باشد، برای Ri=5 به %4 هم نمیرسد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Single Phase and Two Phase Analysis of Mixed Convection of Nanofluid Flow in Vertical Rectangular Duct under an Asymmetric Thermal Boundary Condition

نویسندگان English

Farzad Bazdidi-Tehrani 1
Mohammad Sedaghatnejad 2
Naeem Ekrami 2
Iman Vasefi 2
چکیده English

In the present paper, mixed convection of TiO2-water nanofluid in a laminar flow within a vertical rectangular duct is investigated numerically. A single phase and a two phase method is applied to simulate nanoparticles dispersion in the base fluid. An Euler-Lagrange approach is employed to track particles individually. In this approach, the base fluid is assumed to be a continuous phase while the particles are dispersed through it. The presence of particles in the base fluid is modeled as a source term in the momentum and energy equations. Governing equations is discretized using Control Volume based Finite Element Method (CVFEM). Effects of nanoparticles concentration, particles size, aspect ratio of cross section, asymmetrical boundary condition and buoyancy on the hydrodynamics and thermal parameters are presented and discussed. It is observed that increasing nanoparticles concentration enhances heat transfer rate and this enhancement is more considerable in higher aspect ratios. Also, at smaller values of Richardson number (Ri) where the effect of forced convection is more than natural convection, dispersion of nanoparticles in the base fluid improves heat transfer rate more considerably. Whilst an improvement in convective heat transfer is shown to be more than 6.5% at Ri=0.05, it does not exceed 4% at Ri=0.5.

کلیدواژه‌ها English

nanofluids
Vertical duct
Mixed convection
Euler-Lagrange
Asymmetric Thermal Boundary Condition