مطالعه عددی دو فازی اثرات حرارتی و هیدرودینامیکی جریان مغشوش سیال نانو درون لوله ی خمیده ی افقی با استفاده از مدل مخلوط

با توجه به کاربرد فراوان لوله های خمیده در صنعت، افزایش انتقال حرارت در این مورد یکی از موضوعات مهم مورد بررسی می باشد. از طرفی، کار با ابعاد کوچک موجب می شود که سیال نانو برای این هدف، ابزار مناسبی باشد. سیالی که از افزودن ذرات جامد فلزی در اندازه های نانو، به سیال پایه حاصل می شود و به دلیل بالا بودن قابلیت هدایت حرارتی ذرات افزوده شده، قابلیت هدایت حرارتی بیشتری نسبت به سیال خالص (پایه) دارد. در این پروژه، که با استفاده از روش های عددی و به صورت دو فازی (مدل مخلوط) انجام می شود، پارامترهای حرارتی و هیدرودینامیکی جریان توربولانس سیال نانو، درون لوله ی خمیده ی افقی مورد بررسی قرار می گیرد. مدل ارائه شده، یک معادله پیوستگی، یک معادله ی ممنتم و یک معادله ی انرژی برای مخلوط و یک معادله ی کسر حجمی را برای فاز دوم (ذرات معلق) در نظر می گیرد و همچنین در صورتی که فازها با سرعت های متفاوتی حرکت کنند یک بیان ریاضی را برای سرعت نسبی ارائه می دهد . معادلات بکار رفته در این کار بیضوی بوده و با استفاده از روش حجم محدود، گسسته می شود. برای حل جریان توربولانس از مدل دو معادله ای استاندارد برای مدل مخلوط استفاده شده است. در این بررسی، تمامی خواص فیزیکی به غیر از تغییرات چگالی سیال نانو، که با استفاده از فرض بوسینسک تقریب زده می شود ثابت در نظر گرفته شده اند. بنابراین نیروی شناوری درون لوله، بر جریان سیال نانو تأثیرگذار است. در این پژوهش تأثیر نسبت حجمی جامد-مایع، عدد گراشهف، عدد رینولدز و قطر ذرات معلق، همراه با اثر نیروهای شناوری وگریز از مرکز، بر روی سرعت محوری، سرعت های ثانویه، دما، ضریب انتقال حرارت جابجائی، عدد ناسلت، ضریب اصطکاک سطحی و نحوه ی توزیع فاز دوم (ذرات معلق فلزی)، بررسی و نتایج آن تجزیه و تحلیل شده است. بطور خلاصه می توان این چنین بیان کرد که با افزایش نسبت حجمی جامد-مایع در رینولدز و گراشهف ثابت، انتقال حرارت افزایش می یابد و ضریب اصطکاک سطحی تغییر چندانی نمی کند. با افزایش عدد گراشهف و اثر همزمان نیروهای شناوری ناشی از آن با نیروی گریز از مرکز در رینولدز ثابت ناسلت افزایش می یابد. با افزایش عدد رینولدز و اثر همزمان نیروی گریز از مرکز ناشی از آن با نیروهای شناوری در گراشهف ثابت انتقال حرارت افزایش می یابد. در یک عدد گراشف پایین و در رینولدز ثابت با افزایش کسر حجمی نانوذرات شاهد افزایش شدت توربولانس هم در جهت قطر عمودی و هم در جهت قطر افقی لوله هستیم، اما در گراشف های بالا این روند بر عکس می شود به خصوص در قطر عمودی که تاثیرات نیروی شناوری بیشتر است. کاهش قطر ذرات معلق منجر به افزایش انتقال حرارت و نیروهای شناوری و همچنین توزیع همگن تر ذرات در مقطع عمود بر محور لوله می شود. با کاهش قطر نانوذرات در گراشهف و رینولدز ثابت شاهد افزایش شدید افت فشار نسبت به شرایط مشابه بدون نانوذرات هستیم.