بررسی کارایی مدل های مختلف نانوسیالات با تحلیل دوفازی

در سال های اخیر با دستیابی به توانایی تولید ذرات جامد با ابعاد نانومتر، ایده استفاده از نانوسیالات به عنوان سیال مبرد در صنایع و نیروگاه ها تقویت شده است. از عمده ترین مزایای این مواد می توان به بهبود انتقال حرارت سیستم های حرارتی، کوچکتر و سبکتر شدن سیستم ها و مبدل های حرارتی و کمتر شدن هزینه های عملیاتی اشاره نمود. تصور اولیه این بود که افزودن نانوذراتی با ضریب هدایت حرارتی بالاتر به سیال پایه، سبب افزایش ضریب هدایت حرارتی معادل نانوسیال نسبت به سیال پایه می شود و این منجر به افزایش انتقال حرارت این سیالات مبرد جدید خواهد شد. اما بیشتر کارهای انجام شده روی نانوسیالات نشان می دهد که افزایش ضریب هدایت حرارتی نمی تواند تنها عامل افزایش قابل توجه انتقال حرارت در نانوسیالات باشد و مکانیزم های مختلفی برای این افزایش پیشنهاد شده است. انتقال حرارت جابه جایی در نانوسیالات را می توان با دو روش تکفاز و دوفاز مدل کرد. اگرچه روش تکفاز ساده و کم هزینه است ولی چون خواص واقعی نانوسیالات دقیقاً مشخص نیستند، نتایج این روش معمولاً تطابق مناسبی با کارهای تجربی ندارد و یا محدود به شرایطی خاص بوده و قابل تعمیم نیستند. علاوه بر این به دلیل وجود عواملی از قبیل نیروی اصطکاک بین سیال و ذرات جامد و همچنین پخش برونی ذرات، سرعت لغزشی بین سیال و ذرات جامد صفر نیست. بنابراین به نظر می-رسد استفاده از روش دوفازی برای مدل کردن نانوسیالات، مناسب تر است. در تحقیق حاضر، از روش دوفازی اویلری- اویلری (مخلوط) برای بررسی جریان آرام و مغشوش نانوسیال آب- 3o2al درون لوله و کانال مربعی استفاده شده است. هدف اصلی در این تحقیق، بررسی اثر افزایش کسرحجمی ذرات و مهاجرت آنها بر میزان انتقال حرارت و ضریب اصطکاک نانوسیال در نواحی درحال توسعه و توسعه یافته جریان است. در این تحقیق نتایج نشان می دهد که برای جریان های آرام با افزایش کسرحجمی، اگرچه عدد ناسلت در ناحیه در حال توسعه افزایش می یابد ولی در ناحیه توسعه یافته مستقل از کسرحجمی ذرات است و به یک مقدار ثابت میل می کند. اما برای جریان های مغشوش همواره با افزایش کسرحجمی ذرات، مقدار عدد ناسلت نانوسیال نسبت به سیال پایه افزایش می یابد. همچنین نشان داده شده که به علت مهاجرت ذرات در نواحی نزدیک دیواره، ضریب اصطکاک نانوسیال نسبت به سیال پایه، افزایش قابل توجه ای نداشت. اگرچه مهاجرت ذرات در یک لوله متقارن است ولی در کانال مربعی به علت وجود گوشه های زاویه دار این تقارن به هم خورده و با نزدیک شدن به گوشه ها، مهاجرت ذرات بیشتر می شود.