مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی خصوصیات ترموفیزیکی نانوسیالات بر پایه آب-اتیلن گلیکول با استفاده از روش‌های شبیه‌سازی دینامیک مولکولی غیرتعادلی و دینامیک سیالات محاسباتی

نویسندگان
1 دانشگاه تبریز
2 عضو هیات علمی / دانشگاه تبریز
چکیده
نانوسیال ترکیبی است که با افزودن ذرات در مقیاس نانو (100 نانومتر) به یک سیال پایه باهدف بهبود انتقال حرارت حاصل می‌شود. یکی از کاربردهای نانوسیالات، استفاده در سیستم‌های انتقال حرارتی مانند ترانسفورماتورها و رادیاتور اتومبیل می‌باشد. این نانوسیالات باید دارای توانایی بالای انتقال حرارت و در برخی موارد عایق الکتریکی باشند. در این پروژه تحقیقاتی در ترکیب درصدهای مختلف اجزا تشکیل‌دهنده ( اکسید تیتانیوم، اتیلن گلیکول و آب)، خواص تأثیرگذار برای نانوسیال به‌منظور بهبود انتقال حرارت مانند هدایت حرارتی، ویسکوزیته و دانسیته توسط روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی غیرتعادلی و مطالعات نظری موردبررسی و بحث قرار می‌گیرد. داده‌های خروجی از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی به‌عنوان ورودی روش شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی مورداستفاده قرار گرفت تا تأثیر ترکیب درصدهای مختلف اجزا تشکیل‌دهنده نانوسیال در ضریب انتقال حرارت موردبررسی قرار گیرد. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که اضافه کردن نانو ذرات به سیال پایه باعث بهبود هدایت حرارتی نانوسیال و همچنین افزایش دانسیته و ویسکوزیته سیال پایه می‌شود. مطالعات نظری انجام‌گرفته در این زمینه حاکی از دقت بالای شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی می‌باشد. لازم به ذکر است که روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی غیرتعادلی می‌تواند به‌عنوان روشی مؤثر و دقیق در بررسی نانوسیالات مورداستفاده قرار گیرد. کد استفاده‌شده در شبیه‌سازی‌های رسانش هدایتی، نوع جدید و بهبودیافته‌ای از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی غیر تعادلی می‌باشد که میزان خطا در شبیه‌سازی‌ها را به مقدار قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. از دیگر مزیت‌های این کد می‌توان به کاهش چشمگیر زمان انجام شبیه‌سازی نسبت به روش‌های مشابه اشاره کرد چون شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی نیازمند صرف زمان زیاد برای انجام شبیه‌سازی‌ها می‌باشند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A study on the thermophysical properties of water/ethylene glycol based nanofluids using non-equilibrium molecular dynamics and computational fluid dynamics methods

نویسندگان English

Mir-Shahabeddin Izadkhah 1
Hamid Erfan-Niya 2
Hamed Moradkhani 1
1 Tabriz university
چکیده English

Nanofluids are engineered by suspending nanoparticles with average sizes below 100 nm in traditional. The ever increasing of thermal loads in such applications requires advanced operational fluid characteristics, for example, high thermal conductivity dielectric oils in transformers and car radiators. These fluids require high thermal conduction, as long as electrical insulation. In the present work the thermophysical and rheological properties of the nanofluids such as thermal conductivity, viscosity and density are obtained from molecular dynamics simulations. These results served as initial data for computational fluid dynamics simulations to calculate heat transfer coefficient. The results show that, adding titanium oxide nanosheet in the base fluid enhanced the thermal conductivity and increased the viscosity and density of the base fluid. The theoretical calculations are confirmed the molecular dynamics simulation results and the simulation methods accuracy. The computational fluid dynamics results show that increasing the amount of titanium oxide nanosheet in the base fluid increases the heat transfer coefficient and increasing ethylene glycol ratio in base fluid leads to lower heat transfer coefficient. Also non-equilibirium molecular dynamics method can use as a effective and accurate method for nanofluids investigation. The coding which used to obtaine the thermal conductivity of nanofluid is a novel and modified type of non-equlibiruim molecular dynamics method. With using this coding the eror persentages of simulations is decreases. The other advantage of this code is reducing the simulation process, becous the molecular dynamics simulations need a long time for processing.

کلیدواژه‌ها English

Nanofluid
Titanium Oxide
non-equilibrium molecular dynamics
Computational Fluid Dynamics
thermophysical properties