حل عددی جریان جابجایی آزاد نانوسیال در محفظه lشکل مورب

انتقال حرارت به صورت جابجایی آزاد درون محفظه هایی با اشکال مرکب به صورت منظم و یا بی قاعده کاربرد وسیعی در صنعت و تکنولوژی امروزه دارد. از جمله ی این کاربردها می توان به کاربرد در ماشین های الکتریکی ، سیستم های کابل زیرزمینی ، خنک کاری وسایل میکروالکترونیک و ... اشاره کرد. از واژه جابجایی برای توصیف انتقال انرژی بین یک سطح و جریان سیال روی آن استفاده می شود، بنابراین واضح است که اساسی ترین نقش در انتقال حرارت جابجایی برعهده سیال است. سیالاتی همچون آب ، روغن های معدنی ، اتیلن گیلکول و ...که در گذشته نقش مهمی را در انتقال حرارت ایفا می کردند ، دارای ضریب هدایت نسبتا پایینی بوده و پاسخگوی تکنولوژی مدرن نمی باشند. بنابراین نانوسیالات به عنوان گروهی جدید از سیالات که قادر به انتقال حرارت می باشند، وارد صنعت شدند. افزودن ذراتی در اندازه های نانومتری که عموما دارای ضرائب انتقال حرارت بالایی هستند به سیال باعث می شود که ضریب هدایت نانوسیال ایجاد شده به مراتب بالاتر از سیال خالص باشد. انتقال حرارت در نانوسیالات به خصوصیات فیزیکی همچون شکل و اندازه ذرات و همچنین خواص ذرات جامد بستگی دارد. خواص استثنایی نانوسیالات شامل هدایت حرارتی بیشتر نسبت به سوسپانسیون های معمولی ، رابطه غیرخطی بین هدایت وغلظت مواد جامد و بستگی شدید هدایت به دما است. این خواص استثنایی ، به همراه پایداری ، روش تهیه نسبتاً آسان و ویسکوزیته یا گرانروی قابل قبول باعث شده تا این سیالات به عنوان یکی از مناسب ترین و قوی ترین انتخاب ها درزمینه سیالات خنک کننده مطرح شوند. در این پروژه ، جریان جابجایی آزاد نانوسیال آب – آلومینا در یک محفظه l شکل مورب بررسی شده است. دو ضلع از این محفظه در دمای بالای ، دو ضلع در دمای پایین و بقیه اضلاع محفظه عایق هستند. هدف از این بررسی پیش بینی اثر تغییر عدد ریلی ، نسبت ابعاد محفظه ، درصد حجمی نانوذرات ، زاویه محفظه و تغییر مدل های انتخابی برای ضریب هدایت و ضریب لزجت بر میدان جریان ، دما و نرخ انتقال حرارت می باشد. جهت این بررسی، معادلات بقاء جرم، مومنتم و انرژی در حالت دوبعدی آرام بکار گرفته شده است. برای حل عددی این معادلات، از روش اختلاف محدود مبتنی بر حجم کنترل و الگوریتم سیمپل استفاده می شود. برای حل معادلات جبری بدست آمده، برنامه کامپیوتری به زبان فرترن نوشته شده است. بعد از انتخاب شبکه متاسب برای حل ، نتایج بدست آمده از این برنامه در چند مرحله با نتایج بررسی های محققین دیگر کنترل شده و پس از اطمینان از صحت روند حل مسئله ، نتایج مورد نیاز استخراج شده است. بر اساس این نتایج افزایش قدرت جابجایی موجب بالا رفتن انتقال حرارت محفظه می گردد. افزودن نانوذرات آلومینا به آب موجب بهبود خواص حرارتی آن شده و با افزایش درصد حجمی این ذرات نتایج بهتری گرفته می شود. نسبت ابعاد محفظه با نرخ انتقال حرارت نسبت عکس دارد ، به عبارتی نرخ انتقال حرارت بالاتر در حجم های کوچکتری از محفظه رخ می دهد. از بین مدل های ضریب هدایت بررسی شده مدل پاتانکار نرخ انتقال حرارت بیشتر و از بین مدل های ضریب لزجت مورد بررسی مدل برینکمن بیشترین و مدل پاک و چو کمترین نرخ انتقال حرارت محفظه را به پیش بینی می کند. بطور کلی نتایج این بررسی نشان داد از بین پارامترهای بررسی شده ، نسبت ابعاد محفظه موثرترین پارامتر بر نرخ انتقال حرارت محفظه است