دانشگاه مازندران

دانشکده مکانیک

 

پایان نامه کارشناسی ارشد

گرایش تبدیل انرژی

 

  عنوان

تحلیل عددی رفتار انواع نانوسیال در حفره­ های بلند

 

استاد راهنما

دکتر علی­اکبر رنجبر

 

استاد مشاور

دکتر سید فرید حسینی­زاده

مهندس عباس رامیار

شهریور ماه 1388

 

چکیده :

افزایش انتقال حرارت و همچنین افزایش راند مان انرژی با توجه به محدودیت منابع طبیعی و کاهش هزینه­ها همواره یکی از اساسی ترین دغدغه­های مهندسین و محققین بوده است. این امر به خصوص در سیالات به دلیل کوچکی ضریب رسانش حرارتی از اهمیت بیشتری برخوردار است. یکی از مهمترین راه­های دستیابی به این امر ،که در سال­های اخیر به آن توجه زیادی شده، افزودن ذرات جامد با رسانش حرارتی بالا در ابعاد نانو می باشد. جریان جابه­جایی طبیعی در داخل حفره، که تنها عامل محرک در آن نیروی شناوری می­باشد، به علت تنوع کاربرد در بخش مهندسی و صنعت،  یکی از پدیده­های مهم به شمار می­آید که بطور گسترده در علم انتقال حرارت مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از این تحقیق بررسی اثر ذرات نانو در انتقال حرارت وجریان سیال و همچنین تاثیر قطر ذرات برآن در حفره قائم­الزاویه با نسبت منظری­های متفاوت (0.1،0.2،0.25،0.5،0.75،1=L/H ) می­باشد. در این تحقیق از دو سیال پایه­ی آب و اتیلن گلیکول و سه نوع نانو ذره­ی جامد مس (Cu)، اکسید تیتانیم (TiO₃) و اکسید آلومینیم(Al₂O₃)برای چهار نسبت حجمی متفاوت ( 0،0.025،0.05،0.1=φ ) استفاده شده است. جریان آرام و در محدوده فرض بوزینسک در نظر شده و نتایج برای سه عدد رایلی 10⁵، 10⁶ و 10⁷ ارائه گردیده است. جهت مدلسازی جریان از الگوریتم سیمپل استفاده شده و نتایج حاصل برای جریان تراکم ناپذیر ارائه گردیده است . به این ترتیب با استفاده از برنامه عددی نوشته شده امکان مدلسازی انتقال حرارت در جریان آرام سیال با استفاده از فرض بوزینسک فراهم گردیده است. نتایج نشان داده است که نانو ذرات معلق در سیال باعث افزایش نرخ انتقال حرارت در هر عدد رایلی و نسبت منظری می­شود. همچنین نتایج نشان داده است که عدد ناسلت ماکزیمم و عدد ناسلت متوسط با افزایش نسبت حجمی ذرات نانو افزایش می­یابند. همچنین بیشترین مقدار ناسلت متوسط برای نانوذره­ی مس (Cu) مشاهده شده است. مقایسه­ی نتایج حاصل از حل جریان با محققان پیشین نشان دهنده­ی همخوانی قابل قبول این نتایج می­باشد.

واژه‌های کلیدی: انتقال حرارت (Heat Transfer)، نانوسِیال (Nanofluid)، تراکم­ناپذیر(Incompressible) ، حفره (Cavity)، نسبت منظری (Aspect ratio)

فهرست مطالب   عنوان                                                                                                            شماره صفحه

 

فصل اول: مقدمه

1-1- جابجایی طبیعی.. 1

1-2- نانوسیال.. 3

1-3- تولید نانوسیال.. 5

1-4- پارامترهای انتقال حرارت در نانوسیالات.. 6

1-4-1- انباشتگی ذرات.. 6

1-4-2- نسبت حجمی ذرات نانو.. 7

1-4-3- حرکت براونی.. 8

1-4-4- ترمو فرسیس.. 8

1-4-5- اندازه نانوذرات.. 9

1-4-6- شکل نانوذرات.. 9

1-4-7- ضخامت لایه سیال بین ذرات نانو.. 10

1-4-8- دما.. 11

1-4-9- کاهش در ضخامت لایه مرزی گرمایی.. 12

1-5- ویژگی­های تحقیق حاضر.. 12

فصل دوم: روشهای مدلسازی جریان نانوسیال و بررسی کارهای انجام شده در این زمینه

2-1- روشهای مدلسازی جریان نانوسیال.. 14

2-2- تعریف مسئله.. 17

2-3- فیزیک جریان آرام داخل حفره.. 18

2-4- کارهای انجام شده در زمینه شبیه­سازی جریان جابجایی طبیعی در نانوسیال   20

2-4-1- کارهای انجام شده در زمینه خواص نانوسیال.. 20

2-4-1-1- روابط تئوری ارائه شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال   20

2-4-1-2- روابط تئوری ارائه شده در زمینه ویسکوزیته نانوسیال.. 21

2-4-1-3- کارهای تجربی انجام شده در زمینه ضریب رسانش حرارتی موثر نانوسیال   21

2-4-1-4- کارهای تجربی انجام شده در زمینه ویسکوزیته موثر نانوسیال   22

2-4-2- کارهای انجام شده در زمینه انتقال حرارت در نانوسیال.. 23

2-4-2-1- کارهای تجربی انجام شده در زمینه انتقال حرارت در نانوسیال   23

2-4-2-2- کارهای عددی انجام شده در زمینه انتقال حرارت در نانوسیال در داخل حفره­ی مربعی.. 24

فصل سوم: معادلات حاکم و گسسته سازی آن­ها

3-1- فرض پیوستگی.. 25

3-2- معادلات حاکم بر رژیم آرام سیال خالص.. 26

3-3- خواص نانوسیال.. 26

3-4- معادله بقاء جرم برای نانوسیال.. 27

3-5- معادله بقاء انرژی برای نانوسیال.. 28

3-6- معادله بقاء مومنتم برای نانوسیال (ناویراستوکس).. 29

3-7- معادلات مربوط به نانوسیال درتحقیق حاضر.. 30

3-8- شرایط مرزی و اولیه.. 31

3-9- بی بعد سازی معادلات و عبارت­ها.. 31

3-10- شرایط مرزی و اولیه بی­بعد.. 33

3-11- گسسته سازی معادلات حاکم.. 33

3-12- الگوریتم سیمپل.. 34

3-13- شبکه بندی جابجا شده.. 38

فصل چهارم: بررسی نتایج عددی

4-1- تعیین شبکه مناسب.. 43

4-2- مقایسه­ی نتایج با کارهای انجام شده در  گذشته.. 44

4-3- نتایج نانوسیال.. 46

فصل پنجم: نتیجه­گیری

فعالیتهای پیشنهادی برای آینده.. 68

مراجع.. 69

براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد 

نظرات شما عزیزان: