بررسی عددی انتقال حرارت جابجایی اجباری نانوسیالات در مینی و میکروکانال های uشکل همگرا- واگرای چرخان همراه با دندانه

در این تحقیق ساختار جریان و انتقال حرارت جابه جایی نانوسیالات در کانا های uشکل چرخان به صورت عددی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. بدین منظور چند هندسه مختلف طراحی که بسته به ابعاد، جریان نانوسیال درون آن در محدوده رژیم آرام و یا مغشوش قرار گرفته است. تمرکز اصلی تحقیق بر بررسی مستقل و ترکیبی برخی روش های قدیمی و نوین تقویت انتقال حرارت و مقایسه آن ها از جنبه های گوناگون خواهد بود. بدین منظور در فصل اول به معرفی برخی تکنیک های موثر بر افزایش انتقال حرارت نظیر استفاده از سطوح زبر، به کارگیری نانوسیالات و استفاده از میکروکانال ها پرداخته شده و مکانیزم های حاکم بر این روش ها تشریح گردیده است. در فصل دوم برخی از تحقیقات صورت گرفته پیرامون استفاده از این تکنیک ها در شرایط کاری نزدیک به تحقیق حاضر معرفی و نتایج مهم آن ها ذکر شده است. در فصل سوم مساله اصلی شرح داده شده و هندسه های مختلف تحت بررسی معرفی گردیده اند. تولید شبکه مناسب و انتخاب مدل توربولانسی دقیق در فصل چهارم مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مقدماتی با مراجع تجربی اعتبارسنجی شده اند. پیش از ورود به بخش اصلی تحقیقات، چند نوع نانوسیال مختلف مورد مطالعه قرار گرفته و در نهایت نانوسیالات آب/اکسیدآلومینیوم و آب/اکسیدتیتانیوم به دلیل خواص قابل توجه حرارتی و عمل کرد مناسب برای بخش اصلی انتخاب گردیده اند. هم چنین برای مدل کردن نانوسیالات از مدل تک فاز استفاده گردیده و لذا چندین مدل مختلف نیز برای تعیین خواص مختلف ترموفیزیکی آن ها مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته و در نهایت دو مدل مناسب و جدید برای این منظور انتخاب گردیده است. فصول پنجم تا هفتم اختصاص به نتایج شبیه سازی جریان نانوسیالات در هندسه های تحت بررسی نظیر ماکروکانال با و بدون دندانه، میکروکانال و مینی کانال و مقایسه نتایج آن ها با یکدیگر خواهد داشت. در نهایت نتایج همه بررسی ها در فصل هشتم به صورت متمرکز مورد بررسی قرار گرفته و تکنیک های مختلف تقویت انتقال حرارت مقایسه و نقاط قوت و ضعف آن ها نسبت به یکدیگر سنجیده شده است. نتایج حاکی از این است که نانوسیالات باعث افزایش بسیار چشمگیر انتقال حرارت از کانال های مختلف شده اند، ولی به نظر می رسد از ترکیب این روش با برخی روش های دیگر نتایج بسیار مناسب تری حاصل می شود. استفاده از جریان نانوسیالات در مینی کانال بدون دندانه در میان سایر مکانیزم های مورداستفاده بهترین عمل کرد حرارتی را داشته و استفاده از آن باعث افزایش قابل توجه انتقال حرارت می شود. هر چند میکروکانال انتخابی نیز انتقال حرارت بالایی از خود نشان داده، ولی به دلیل عدم کارآیی مناسب حرارتی و افت فشار بسیار شدید در طول آن، عملاً باید از آن صرف نظر کرد. استفاده از دندانه ها نیز هر چند تاثیر بسیار قابل توجهی بر عمل کرد حرارتی ماکروکانال داشت، ولی استفاده از آن در میکرو و مینی کانال نه تنها مناسب نیست، بلکه کاهش شدید عمل کرد حرارتی را نیز در پی دارد. هم چنین نتایج شبیه سازی برای مینی کانال همگرا-واگرا از نظر حرارتی و افت فشار تفاوت چندانی با مینی کانال در حالت مستقیم نداشته و به نظر می رسد این دو هندسه از نظر حرارتی مزیت خاصی نسبت به یکدیگر ندارند.