جابجایی طبیعی هیدرومغناطیسی نانوسیال در محفظه های h شکل

انتقال حرارت جابجایی طبیعی در محفظه های بسته، به دلیل کاربردهای عملی فراوان مانند خنک سازی قطعات الکترونیکی، کلکتورهای خورشیدی، رآکتورهای هسته ای، عایق کاری ساختمان ها و ... همواره مورد توجه محققان بوده است. اگرچه بررسی های انجام شده اکثرا در محفظه های مربعی بوده اما هندسه های دیگر نیز مد نظر برخی محققان قرار گرفته است. امروزه افزایش نرخ انتقال حرارت در سیستم های گرمایی از طریق بهبود خواص حرارتی سیال عامل، مورد توجه جدی محققان قرار گرفته است. در بسیاری از تحقیقات، اثر اضافه کردن نانوذرات به سیال پایه بر افزایش انتقال حرارت بررسی شده است. مزیت اصلی نانوسیال ها، افزایش قابلیت هدایت حرارتی سیال است، در حالی که همان رفتار نیوتنی سیالات خالص دیگر را دارند. در برخی از موارد عملی، جابجایی طبیعی به طور ناخواسته تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرار می گیرد. نشان داده شده است که جهت و قدرت میدان مغناطیسی به شدت بر انتقال حرارت جابجایی طبیعی اثر می گذارد. میدان مغناطیسی بر جابجایی طبیعی سیالات هادی الکتریسیته، اثرات قابل توجه تری دارد. زیرا سیالات هادی الکتریسیته، قابلیت هدایت حرارتی کمی دارند که این موضوع افزایش انتقال حرارت در محفظه، به خصوص در حضور میدان مغناطیسی را محدود می کند. بنابراین قابلیت نانوسیال ها برای افزایش انتقال حرارت، در کاربردهای مهندسی ای که جابجایی طبیعی تحت تأثیر میدان مغناطیسی قرار می گیرد، اهمیت بیشتری پیدا می کند. از نانوسیال ها علاوه بر هندسه های مربعی، در هندسه های غیرمربعی مختلف نیز برای بهبود عملکرد جابجایی طبیعی، استفاده شده است. با توجه به مطالعات انجام شده، هیچ نتیجه ای در مورد عملکرد جابجایی طبیعی نانوسیال ها در محفظه های h شکل تحت تأثیر میدان مغناطیسی مشاهده نشد. به همین دلیل، در تحقیق حاضر به بررسی عددی اثر میدان مغناطیسی بر جابجایی طبیعی در یک محفظه h شکل پر شده از نانوسیال پرداخته شده است. این محفظه با نانوسیال آب- مس پر شده و تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی ثابت قرار دارد. دیواره ی سمت چپ این محفظه در دمای گرم و دیواره ی سمت راست آن در دمای سرد قرار دارد و سایر دیواره ها، عایق حرارتی می باشند. هدف از تحقیق حاضر، بررسی انتقال حرارت نانوسیال و سیال خالص در یک محفظه h شکل در حضور میدان مغناطیسی می باشد. به این منظور اثر پارامترهای عدد ریلی، عدد هارتمن، نسبت ابعاد محفظه و درصد حجمی نانوذرات بر میدان های جریان و دما و نرخ انتقال حرارت در محفظه بررسی می شود. نتایج حاصل از این پژوهش می تواند در طراحی حرارتی تجهیزات الکترونیکی و مبدل های حرارتی که به طور ناخواسته تحت تأثیر میدان مغناطیسی واقع شده اند، راه گشا باشد. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی به روش حجم کنترل جبری شده و به کمک الگوریتم سیمپل، به طور همزمان حل شده اند. جهت اجرای این الگوریتم برنامه ای کامپیوتری به زبان فرترن نوشته شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که افزایش عدد ریلی موجب افزایش نرخ انتقال حرارت در محفظه می شود ولی افزایش عدد هارتمن باعث کاهش سرعت جریان درون محفظه و در نتیجه کاهش نرخ انتقال حرارت می شود. قابل ذکر است که با افزایش نسبت ابعاد محفظه، از تأثیر عدد هارتمن بر انتقال حرارت به شدت کاسته می شود. مشاهده می شود که انتقال حرارت در محفظه، تابع نسبت ابعاد محفظه است و با افزایش نسبت ابعاد محفظه، نرخ انتقال حرارت کاهش می یابد. از بررسی های انجام شده بر روی درصد حجمی نانوذرات مشاهده می شود که با افزایش درصد حجمی نانوذرات، تغییرات نرخ انتقال حرارت شدیدا به مقادیر عدد ریلی، عدد هارتمن و نسبت ابعاد محفظه بستگی دارد.