بررسی شاخصه های انتقال حرارت نانوسیالات در جریان آشفته داخلی

در پژوهش پیش رو اثر افزودن نانوذرات جامد آلومینا به آب بر روی انتقال حرارت جابه جایی اجباری و نیز افت فشار در داخل یک لوله دایره ای به طور تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این کار، ابتدا نانوسیال آب – آلومینا توسط یک دستگاه فراصوت با غلظت های حجمی مختلف از نانوذرات آلومینا تهیه شده است. سپس انتقال حرارت جابه جایی اجباری این نانوسیال در داخل یک لوله مسی با شرط مرزی دمای دیواره ثابت، در محدوده عدد رینولدز 650 تا 13300 و در غلظت های %0، %0.25، %0.5، %0.7 و %1، به طور تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی ها شامل اثر حضور نانوذرات، غلظت های مختلف آن ها و عدد رینولدز بوده است. نتایج به دست آمده از آزمایش های تجربی نشان می دهد که ضریب انتقال حرارت جابه جایی را به اندازه %4 تا %32 و افت فشار را بین %8 تا %25 نسبت به سیال پایه (آب) افزایش خواهد داد. پس از آن با توجه به داده های آزمایشگاهی، روابط جدیدی برای عدد ناسلت و ضریب اصطکاک نانوسیالات در رژیم جریان آرام و آشفته ارایه شد. در مرحله بعد، هندسه آزمایش با روش های عددی مختلفی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. جهت شبیه سازی عددی از نرم افزار فلوئنت استفاده شده است. جهت تحلیل حرارتی و جریانی نانوسیال از روش های تک فاز همگن، تک فاز پخشی، دو فاز مخلوط و دو فاز اویلر لاگرانژی استفاده شده است. در روش تک فاز پخشی یک مدل جدید برای پیش بینی هدایت حرارت پخشی نانوسیالات ارایه شده است. نتایج به دست آمده از تحلیل عددی نشان می دهند که هر چند روش های تک فاز پخشی و دو فاز اویلر لاگرانژی انطباق خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارند، اما روش تک فاز پخشی به دلیل هزینه محاسباتی کمتر مقرون به صرفه است. در نهایت بازده استفاده از نانوسیالات با غلظت های مختلف مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که افزایش غلظت نانوسیالات به بیشتر از %0.5 تأثیر چشمگیری در بهبود کارایی خنک کن ندارد.