مطالعه عددی انتقال حرارت و اختلاط میکرو جت های برخوردی غیر نیوتنی

در این پایان نامه برای مطالعه عددی رفتار سیالات غیر نیوتنی و با هدف مدل سازی جریان سیال جت های برخوردی یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن بر مبنای روش تفاضل محدود پروجکشن صریح نوشته شده است. از مدل قانون توانی جهت تعیین رفتار غیر نیوتنی ویسکوزیته سیال پایه استفاده شده است. در این مطالعه جریان و انتقال حرارت در حضور نانو ذرات اکسید مس (cuo) در جت برخوردی نوسانی به کار گرفته شده است. سیال پایه مورد استفاده محلول آبی 5/0 درصد وزنی کربوکسی متیل سلولوز (cmc) می باشد. با فرض این که ذرات نانو با سیال پایه در تعادل هیدرودینامیکی وگرمایی قرار دارند، به مدل سازی تک فازی این نوع سیالات پرداخته شده است. بنابراین در بخش اولیه کار حاضر، با در نظر گرفتن اثر تغییر سینوسی دهانه جت برخوردی که منجر به تغییر همزمان اندازه و سرعت جت می شود، به بررسی تاثیر نانو ذرات وتاثیر میزان درصد کسر حجمی ذرات نانو بر رفتار هیدرودینامیکی و انتقال حرارت یک نانو سیال غیر نیوتنی در فرکانس های نوسانی متفاوت می پردازیم. بنابراین نتایج عددی نشان می دهند که در یک سرعت ورودی معین، در اثر افزودن نانوذرات به سیال پایه غیر نیوتنی و با اعمال نوسان، گردابه های متحرک ثانویه ایجاد شده به میزان قابل توجهی باعث افزایش نرخ انتقال حرارت می شوند. این در حالی است که برای نانو سیالی با کسر حجمی 2% و با فرکانس ?=0.25 بیشترین میزان انتقال حرارت صورت می گیرد. در بخش دیگری از این مطالعه به شبیه سازی میکرو جت های متقابل محدود شده سه بعدی در رژیم جریان آرام پرداخته شده است. در این مطالعه هیدرودینامیک جریان و رفتار اختلاط در میکرو کانال ها با سیالات کاری غیر نیوتنی، حاصل از برخورد دو جت مستطیلی متقابل آرام محصور با عرض دهانه متغیر با استفاده از مدل توانی بررسی می شود. سیال کاری محلول آبی کربوکسی متیل سلولوز(cmc) با شاخص توانی و ضریب سازگاری سیال غیر نیوتنی ثابت و یا وابسته به درصد جرمی cmcدر نظر گرفته شده است. به منظور بهبود عملکرد اختلاط میکرو جت های برخوردی متقابل، بر دهانه های هر دو جت به صورت سینوسی نوسان اعمال می شود. با استفاده از نتایج حل عددی، اثرات عدد رینولدز، فرکانس نوسانی و... بر روی عملکرد اختلاط مورد بررسی قرار می گیرد. ملاحظه می شود که در جریان میکرو جت های متقابل در طول یک میکرو کانال، سیالات رقیق شونده برشی عملکرد اختلاط خوبی نسبت به سایر سیالات دارند. همچنین برای میکرو جت های متقابل نوسانی نسبت به حالت پایا بهبود اختلاط وجود دارد.