بررسی عددی انتقال حرارت و افت فشار در جریان آرام نانو سیال آب-اکسید آلومینیوم در میکروکانال

چکیده نانو سیالات به عنوان نسل جدیدی از سیالات مطرح برای استفاده در مبدل های حرارتی، دارای رفتارهای پیچیده تری نسبت به سیالات متداول مورد استفاده در کاربردهای حرارتی هستند. آنچه موجب می شود به نانوسیالات سیال هوشمند اطلاق شود، تغییرات غیر خطی و متفاوت خواص ترموفیزیکی نانوسیال، با دما و کسر حجمی نانو ذرات، تاثیر شکل، اندازه و نوع نانوذرات بر خواص و مکانیزم های موثر در خواص حرارتی آن ها، پارامترهایی هستند که باید در تحلیل ها مد نظر قرار گیرند. در پژوهش حاضر تغییرات خواص با دما و کسر حجمی، و مکانیزم های موثردر خواص حرارتی نانو سیال با استفاده از روابط تئوری و تجربی موجود، به منظور تحلیل دقیق تر رفتار وکارایی نانوسیال آب و نانو ذرات اکسید آلومینیوم در انتقال حرارت جابه جایی اجباری در جریان آرام لغزشی و غیر لغزشی و با شرایط شار حرارت و دمای دیواره ثابت در میکروکانال مستطیلی پرداخته شده است. همانطور که می دانیم عدد رینولدز در مطالعه نانوسیالات به دو پارامتر سرعت و لزجت دینامیکی وابسته است. لزجت دینامیکی نانوسیال با افزایش کسر حجمی نانوذرات افزایش می یابد. برای ثابت نگه داشتن عدد رینولدز باید سرعت را افزایش داد. بنابراین روشن نیست که افزایش سرعت یا کسرحجمی نانوذرات، کدام یک نقش اصلی را در بهبود انتقال حرارت نانوسیال در تحلیل هایی که بر اساس رینولدز ثابت انجام می-شود، ایفا می کنند. در این پژوهش به منظور تحلیل دقیق تر، دو حالت مختلف جهت تعیین اثر واقعی افزایش سرعت و کسر حجمی نانوذرات در عملکرد حرارتی نانوسیال مورد بررسی قرار گرفت. در حالت سوم جریان لغزشی به همراه پرش دما برای نانوسیال مدل شد. دستگاه معادلات نویراستوکس دوبعدی تراکم ناپذیر و معادله انرژی، و در شرایط لغزشی به همراه معادلات مذکور، عبارات مربوط به شرایط مرزی لغزشی و پرش دما با استفاده از روش تقریب تفاضل محدود گسسته سازی شدند. نتایج حاصله از برنامه کامپیوتری تطابق خوبی با داده های تحلیلی و عددی گذشته نشان می دهد. بررسی ها نشان دادند که در رینولدز ثابت عامل اصلی افزایش انتقال حرارت افزایش کسر حجمی نانوذرات نیست و بالا بردن سرعت برای ثابت نگه داشتن رینولدز نقش موثرتری ایفا می-کند. مقدار عدد ناسلت وابسته به ضریب هدایت حرارتی و جابه جایی است، در حالی که مقدار ضریب انتقال حرارت جابه جایی خود وابسته به خواص سیال و جریان می باشد. نتایج نشان می دهد که با وجود افزایش انتقال حرارت جابه جایی در حضور نانوذرات مقدار عدد ناسلت در تحلیل خواص متغییر نانوسیال، به علت تغییر پروفیل سرعت، بعد از ناحیه ورودی نسبت به سیال پایه و تحلیل خواص ثابت نانوسیال کاهش می یابد. لذا اعداد رینولدز و ناسلت برای تحلیل خواص متغییر جریان و انتقال حرارت نانوسیال ها پارامترهای روشنی نمی باشند. برای بررسی کارایی حرارتی نانوسیال تحلیل توان مصرفی در کنار تحلیل حرارتی صورت پذیرفت و نتایج نشان دادند که در حضور کسر حجمی جزئی نانوذرات راندمان حرارتی نانوسیال نسبت به سیال پایه به صورت موثری بهبود می یابد ولی با افزایش کسر حجمی این کارایی کاهش می یابد. کلمات کلیدی: نانوسیال، میکروکانال، راندمان حرارتی، خواص متغییر، کسرحجمی