بررسی تجربی انتقال حرارت جابجایی اجباری در جریانهای آرام و آشفته توسط نانوسیالات با سیالات پایه نیوتنی و غیر نیوتنی در کانال غیر مدور

موضوع این پایان نامه بررسی تجربی انتقال حرارت جابجایی اجباری در کانالهای غیر مدور با مقطع حلقوی و مربعی می باشد. هدف از این تحقیق تولید اطلاعات تجربی، تعیین پارامترهای اثر گذار در عملکرد حرارتی نانوسیال و بررسی تغییرات نسبی ضریب انتقال حرارت جابجایی اجباری و عدد ناسلت برای نانوسیال نسبت به سیال پایه در درون کانالهای غیر مدور است. برای بررسی موضوع مذکور نانوسیالات نیوتنی با سیال پایه آب و اتیلن گلایکول و نانوسیالات غیرنیوتنی با سیال پایه محلول 5/0% از کربوکسی متیل سلولز با استفاده از نانوذرات اکسید آلومینیم و دی اکسید تیتانیوم مورد آزمایش قرار گرفتند. نانوسیالهای مورد نیاز این تحقیق با استفاده از روش دو مرحله ای تهیه گردیده و آزمایشها در شرط مرزی دمای ثابت دیواره کانال و با رژیم های جریانی آرام و آشفته صورت گرفته است. غلظتهای مورد استفاده از نانوذرات در نانوسیالها از 1/0 تا 5/1 درصد حجمی می باشند. خواص ترموفیزیکی مورد نیاز در این تحقیق برای نانوسیالات با سیال پایه نیوتنی از روابط موجود در مقالات محاسبه و برای نانوسیالات با سیال پایه غیر نیوتنی از داده های تجربی منتشر شده تامین شده است. سیال پایه غیر نیوتنی مورد استفاده در این تحقیق رفتار شبه پلاستیک داشته و شاخص جریان برای آن کمتر از واحد می باشد. این شاخص برای نانوسیال نسبت به سیال پایه کوچکتر بوده و با افزایش غلظت نانوذرات کاهش نیز می یابد. همچنین مقدار این شاخص با افزایش دما افزایش پیدا می کند. شاخص سازگاری سیال غیر نیوتنی این تحقیق با افزایش غلظت نانوذرات افزایش یافته و با افزایش دما کاهش می یابد. نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان می دهد که نانوسیالات با سیال پایه نیوتنی و نیز با سیال پایه غیر نیوتنی در کانالهای غیر مدور عملکرد حرارتی بهتری نسبت به سیال پایه از خود نشان می دهند. برای هر دو نوع نانوسیال مذکور ضریب انتقال حرارت جابجایی اجباری و عدد ناسلت نسبت به سیال پایه افزایش پیدا کرده و این افزایش نسبی با افزایش غلظت نانوذرات بیشتر نیز می گردد. مقایسه این نتایج نشان می دهد نانوسیالهای حاوی نانوذرات اکسید آلومینیم دارای عملکرد حرارتی بهتری نسبت به نانوسیالهای حاوی نانوذرات دی اکسید تیتانیوم در هر دو رژیم جریانی آرام و آشفته و نیز در هر دو کانال مربعی و حلقوی می باشد. این موضوع برای هر دو نوع نانوسیال صادق است. همچنین نانوسیالات با سیال پایه نیوتنی در مقایسه با نانوسیالات دارای سیال پایه غیر نیوتنی در هر دو کانال عملکرد حرارتی بهتری دارد. مقایسه عملکرد نانوسیالها در کانالهای حلقوی و مربعی نیز نشان می دهد که برای جریانهای آرام و آشفته افزایش نسبی بیشتری برای ضریب انتقال حرارت جابجایی اجباری و عدد ناسلت در کانال مربعی مشاهده می گردد. این مقایسه نشان می دهد که اثر افزودن نانوذرات در بهبود عملکرد حرارتی نانوسیال در رژیم جریان آرام بیشتر از تاثیر آن در رژیم جریان آشفته است. نوع سیال پایه نیز بر عملکرد حرارتی نانوسیال موثر بوده بگونه ای که با افزایش ویسکوزیته سیال پایه افزایش نسبی ضریب انتقال حرارت جابجایی و عدد ناسلت کاهش می یابد در حالیکه با افزایش هدایت حرارتی سیال پایه شاهد افزایش بیشتر مشخصه های حرارتی مذکور هستیم. یافته ها نشان دهنده این مطلب است که بیشتر بودن هدایت حرارتی نانوذرات می تواند تاثیر بیشتری در افزایش نسبی ضریب انتقال حرارت جابجایی و عدد ناسلت داشته باشد. ضمن اینکه کاهش اندازه نانوذرات نیز اثر مشابهی را از خود نشان می دهد. در این تحقیق بر اساس نتایج تجربی حاصل شده معادلاتی برای تخمین عدد ناسلت نانوسیال در کانال حلقوی و مربعی ارائه گردیده است. این معادلات برای جریانهای آرام و آشفته نانوسیال با سیال پایه نیوتنی و جریان آرام نانوسیال با سیال پایه غیر نیوتنی ارائه شده اند.