شبیه سازی عددی میکرومبدل حرارتی نانوسیال

چکیده مساله اصلی در این پژوهش، دفع حرارت از سطوح با شار حرارتی بالا است که استفاده از میکرومبدل حرارتی نانوسیال به عناون راهکار حل این مساله برگزیده شده است. فرضیه های اساسی در این پژوهش، افزایش انتقال حرارت سیال با افزودن پودر نانوذرات و افزایش انتقال حرارت با استفاده از میکروکانال هاست. شبیه سازی عددی میکرومبدل حرارتی نانوسیال براساس الگوریتم سیمپل روش تحلیل راهکار در این پژوهش بوده است. بررسی تاثیر هندسه سطح مقطع کانال، نسبت منظر، نوع نانوسیال(آب-اکسید آلومینیوم و آب-اکسیدمس) و کسرحجمی نانوذرات معلق(1، 2 و 3 درصد) در شبیه سازی عددی مدنظر قرار گرفته و در انتخاب هندسه مستطیلی بهینه میکرومبدل حرارتی نانوسیال لحاظ شده است. با توجه به عدم دقت مناسب مدل های رایج استفاده شده برای خواص ترموفیزیکی نانوسیال در تحقیقات انجام شده، در این پژوهش از روابط استخراج شده از داده های تجربی استفاده شده است. برای استخراج روابط خواص ترموفیزیکی آزمایش های تجربی در خصوص گرانروی نانوسیال های آب-اکسید آلومینیوم(23 نانومتر) و آب-اکسید مس(56 نانومتر) در کسرحجمی های 1، 2 و 3 درصد در محدوده دمایی 20 تا 80 درجه سانتی گراد انجام شده است. جهت اطمینان از صحت فرضیه افزایش انتقال حرارت با اضافه شدن نانوذرات به سیال پایه و نیز اعتبارسنجی نتایج کد عددی آزمایش های تجربی در ماکروکانال های مربعی و دایره ای با نانوسیال های آب-اکسید آلومینیوم و آب-اکسید مس انجام شده است. بررسی تغییرات عدد ناسلت و ضریب انتقال حرارت جابه جایی با عدد گراتز، تغییرات عدد پوی سوله با رینولدز و نیز بررسی پروفیل دما و ضریب انتقال حرارت جابه جایی در طول ماکروکانال دایره ای و مربعی در جریان آرام نانوسیال در محدوده رینولدز 300 تا 1900 انجام شده است. آزمایش تجربی در میکروکانال دایره ای با قطر 75 میکرومتر با نانوسیال های مذکور در جریان آرام در محدوده رینولدز 25 تا 300 برای اعتبارسنجی نتایج کد عددی در ابعاد میکرو انجام شده است. صحت نتایج کد عددی، با اعتبارسنجی کد با نتایج تجربی جریان نانوسیال و انتقال حرارت در ماکرو و میکروکانال ها، همچنین با نتایج تجربی این پژوهش صورت پذیرفته است. در پایان ضمن ارائه قابلیت های کد تولیدشده در این پژوهش، اثر نسبت منظر بر روی پارامترهای هیدرودینامیک و انتقال حرارت میکرومبدل حرارتی، رابطه های تصحیح کننده برای این پارامترها ارائه شده و بر اساس آنها نسبت بهینه نسبت منظر برای میکرومبدل حرارتی نانوسیال محاسبه شده است.