شبیه سازی عددی جریان و انتقال حرارت نانوسیّال حول یک سیلندر مربعی در زوایای مختلف

در تحقیق حاضر، تأثیر استفاده از نانوسیّال به جای سیّال پایه در یک جریان آزاد، بر رفتار جریان و انتقال حرارت حول سیلندر مربعی به صورت عددی و با استفاده از روش حجم محدود و الگوریتم simplec مورد مطالعه قرار گرفته است. در این تحقیق، جریان نانوسیّال به عنوان یک سیّال نیوتونی تراکم ناپذیر به صورت دو بعدی در محدوده اعداد رینولدز آرام (25≥re≥5) برای ارزیابی چگونگی انتقال حرارت نانوسیّال از سیلندر داغ برّرسی شده است. با وجود اینکه نانوسیّال یک مخلوط دو فازی است، ولی با فرض عدم لغزش بین سیّال و نانوذرّات و همچنین وجود تعادل حرارتی بین سیّال و نانوذرّات و با توجّه به این که غلظت نانوذرّه پایین است، به صورت تک¬فازی در نظر گرفته شد و همانند سیّالات معمولی مورد برّرسی قرار گرفت. در این مطالعه نانوسیّالات آب- آلومینا و آب- اکسید مس به کار گرفته شد. از آخرین روابط به دست آمده برای هدایت حرارتی و ویسکوزیته¬ی نانوسیّال که تابعی از غلظت حجمی، قطر نانوذرّه و دمای نانوسیّال می باشند، استفاده شد. نتایج حاصل بهبود قابل توجّهی در انتقال حرارت نانوسیّال نسبت به سیّال پایه نشان داد. این بهبود در جریان¬هایی با درصد حجمی بالاتر نانوذرّات آشکارتر بود، این در حالی است که قطر نانوذرّات تأثیر معکوس بر انتقال حرارت تحمیل می¬کرد. قابل ذکر است که افزایش زاویه سیلندر تا 15 درجه نه تنها تأثیر چندانی بر انتقال حرارت نداشت، بلکه در اعداد رینولدز بالاتر تأثیر معکوس نیز داشت، امّا از زاویه¬ی 20 درجه به بعد با افزایش زوایه تا 45 درجه بهبود انتقال حرارت مشاهده شد، که این بهبود در 45 درجه بیش¬ترین مقدار خود را داشت. در شرایط استفاده از دو سیلندر پشت سر هم به جای تک سیلندر تأثیر فاصله¬ی بین سیلندری بر انتقال حرارت مورد برّرسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش فاصله¬ی بین سیلندری سبب بهبود انتقال حرارت در سیلندر اوّل می¬گردد، که این بهبود در سیلندر دوّم شدیدتر است.