مطالعه عددی انتقال حرارت جابجایی طبیعی در یک حفره مربعی باز حاوی نانوسیال با استفاده از روش شبکه بولتزمن

در این تحقیق به بررسی انتقال حرارت جابجایی طبیعی در یک حفره باز پر شده با نانوسیال آب-مس با استفاده از روش عددی شبکه بولتزمن پرداخته شده است. نانوسیالات که از توزیع ذرات با ابعاد نانو در سیالات معمولی حاصل می شوند، نسل جدیدی از سیالات با پتانسیل بسیار زیاد در کاربردهای صنعتی هستند. اندازه ذرات مورد استفاده در نانوسیالات از 1 تا 100 نانومتر می باشد. ذرات نانو به دلیل بالا بودن ضریب هدایتی¬شان با توزیع در سیال پایه، باعث افزایش ضریب هدایت حرارتی سیال می¬گردند. در طی دهه¬ی گذشته روش شبکه بولتزمن گسترش فراوانی یافته است و اخیراً به عنوان یک روش محاسباتی امیدبخش، با قابلیت برای شبیه¬سازی جریان¬های سیال و انتقال حرارت در مهندسی مکانیک مطرح گردیده است. میدان سرعت با استفاده از یک روش شبکه بولتزمن با ضریب تخفیف چندتایی تراکم¬ناپذیر و میدان دما با استفاده از روش شبکه بولتزمن با ضریب تخفیف منفرد شبیه¬سازی شده¬اند. در این تحقیق بررسی جریان هم¬دما در یک حفره با دیوارهای متحرک دوتایی و چهارتایی و همچنین جریان غیر هم¬دما در یک حفره باز با استفاده از مدل¬های خواص ثابت ماکسول-برینکمن و خواص متغیر کورشیونه انجام شده است. اثرات کسر حجمی نانوذرات از 0 تا 05/0 در نسبت¬های لاغری 5/0، 1 و 2 در محدوده اعداد رایلی 103 تا 107 بر مشخصه-های هیدرودینامیکی و گرمایی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می¬دهد که با افزایش عدد رایلی و کسر حجمی در تمامی نسبت¬های لاغری، عدد ناسلت متوسط و در نتیجه انتقال حرارت در هر دو مدل افزایش می¬یابد. همچنین می¬توان مشاهده کرد که مدل خواص متغیر کورشیونه نسبت به مدل خواص ثابت ماکسول-برینکمن عدد ناسلت متوسط و در نتیجه میزان انتقال حرارت بیشتری را پیش¬بینی می¬کند. این نتایج نشان می¬دهد که می-توان از روش شبکه بولتزمن برای شبیه¬سازی این گونه جریان¬ها استفاده کرد.