بررسی عددی و تحلیلی اثرات تفرق حرارتی بر انتقال حرارت جریان نانوسیال درون یک کانال

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 2، دوره 29، شماره 2 - شماره پیاپی 18، شهریور 1397، صفحه 21-40   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum-mech.v29i2.58387

نویسندگان

حبیب الاه سایه وند¹؛ امیر بصیری پارسا^{* 2}

¹دانشگاه بوعلی سینا همدان

²بوعلی سینا همدان

چکیده

در مطالعۀ حاضر انتقال حرارت جریان نانوسیال از داخل یک کانال با آرایش‌های مختلفی از تزریق نانوذرات به‬عنوان عناصر تفرق حرارتی، بررسی شده‌است. در پدیدۀ انتقال حرارت حضور نانوذرات در جریان سیال به‬عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل ایجاد تفرق یا پراکندگی حرارتی شناخته می‬شود. در این پژوهش نحوۀ توزیع عناصر تفرق حرارتی یا همان نانوذرات در کانال به سه صورت توزیع در منطقۀ مرکزی، توزیع در منطقۀ نزدیکی دیوار و توزیع در کل کانال درنظر گرفته شده‌است. اعتبارسنجی نتایج توسط راه‌حل تحلیلی برای یک وضعیت سادۀ مسئله و همچنین مقایسه با نتایج ارائه‌شده در مقالات گذشته، انجام شده‌است. حضور نانوذرات در منطقۀ مرکزی کانال، عدد ناسلت و ویژگی‌های انتقال حرارت را به‌شکل صعودی افزایش می‌دهد؛ اما برای آرایش مرزی، افزایش ضخامت نانوذرات تزریق‌شده منجر به یک رفتار صعودی- نزولی برای عدد ناسلت می‌شود، بنابراین در این توزیع، ضخامت بهینه‌ای برای عناصر تفرق به‌دست می‌آید. همچنین در بررسی توابع توزیع مختلف نانوذرات تزریق‌شده در کل کانال، مشاهده می‌شود که برخلاف توزیع سهموی که منجر به افزایش تقریباً خطی عدد ناسلت می‌شود، در توزیع نمایی و به‌خصوص به‌ازای مقادیر بزرگ‌تر ضریب تفرق، افزایش عدد ناسلت رفتاری غیرخطی دارد که مهم‌ترین وجه تمایز این دو تابع توزیع می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

انتقال حرارت؛ تفرق حرارتی؛ کانال؛ نانوسیال

سایر فایل های مرتبط با مقاله

EA-2-Basiriparsa.pdf

مراجع

1. Yang, Y., "Characterizations and Convective Heat Transfer Performance of Nanofluids", Ph. D thesis, Lehigh University, UMI Publisher, Ann Arbor, (2011).

2. Xuan, Y. and Qiang, Li., "Investigation on Convective Heat Transfer and Flow Features of Nanofluids", Journal of Heat Transfer, Vol. 125, No. 1, pp. 151-155, (2003).

3. Williams, W., Bourgiorno, J. and Hu, J., "Experimental Investigation of Turbulent Convective Heat Transfer and Pressure Loss of Alumina/Water and Zirconia/Water Nanoparticle Colloids (Nanofluid) in Horizontal Tubes", Journal of Heat Transfer, Vol. 130, No. 4, pp. 42-48, (2008).

4. Rea, U., Mc rell, T. and Hu, L., "Laminar convective heat transfer and viscous pressure loss of alumina-water and zirconia-water nanofluids", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 52, pp. 2042-2048, (2008).

5. Fotukian, S.M. and Nasr Esfahany, M., "Experimental study of turbulent convective heat transfer and pressure drop of dilute CuO/water nanofluid inside a circular tube”, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37, pp. 214-219, (2010).

6. Pak, B. and Cho, Y.I., "Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particle”, Experimental Heat Transfer, Vol. 11, pp. 151-170, (1998).

7. Bianco, V., Manca, O. and Nardini, S., "Numerical investigation on nanofluids turbulent convection heat transfer inside a circular tube", International Journal of Thermal Sciences, Vol. 50 pp. 341-349, (2011).

8. Behzadmehr, A., Saffar-Avval, M. and Galanis, N., "Prediction of turbulent forced convection of a nanofluid in a tube with uniform heat flux using a two phase approach", International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 28, pp. 211–219, (2007).

9. Yu, W., France, D.M., Timofeeva, E.V., Singh, D. and Routbort, J.L., "Convective Heat Transfer of Nanofluids in Turbulent Flow", Proceedings of Carbon Nano Materials and Applications Workshop, Rapid city, USA, pp. 118-129, October 30 -November 1, (2011).

10. Xuan, Y. and Roetzel, W., "Conceptions for heat transfer correlation of nanofluids", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 43, pp. 3701-3707, (2000).

11. Chang, P.Y., Shiah, S.W and Fu, M.N., "Mixed convection in a Horizontal square packed-sphere channel under axially uniform heating peripherally uniform wall temperature", Numerical Heat Transfer, Vol. 45, pp. 791-809, (2004).

12. Hancu, S., Ghinda, T., Ma, L., Lesnic, D. and Ingham, D.B., "Numerical modeling and experimental investigation of the fluid flow and contaminant dispersion in a channel", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 45, pp. 2707-2718, (2002).

13. Kuznetsov, A.V., Cheng, L. and Xiong, M., "Effects of thermal dispersion and turbulence in forced convection in a composite parallel-plate channel: investigation of constant wall heat flux and constant wall temperature cases", Numerical Heat Transfer, Vol. 42, pp. 365-383, (2002).

14. Gunn, D.J., "An analysis of convective dispersion and reaction in the fixed-bed reactor", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 48, pp. 2861-2875, (2004).

15. Metzger, T., Didierjean, S. and Maillet, D., "Optimal experimental estimation of thermal dispersion coeffcients in porous media", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 47, pp. 3341-3353, (2004).

16. Amiri, A. and Vafai, K., "Analysis of dispersion effects and non-thermal equilibrium non-Darcian, variable porosity incompressible flow through porous medium", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 37, pp. 939-954, (1994).

17. Li, Q. and Xuan, Y., "Convective heat transfer and flow characteristics of cu-water nanofluid", Science in China (Series E), Vol. 45, pp. 408-416, (2002).

18. Khaled, A.R.A. and Vafai, K., "Heat transfer enhancement through control of thermal dispersion effects", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 48, pp. 2172-2185, (2005).

19. Shahnazari, M.R., Ziabasharhagh, M. and Talsaz, H., "Comparison of Thermal Dispersion Effects for Single and Two Phase Analysis of Heat Transfer in Porous Media", International Journal of Engineering-Transactions B: Applications, Vol. 24, No. 1, pp. 81-91, (2011).

20. Kameswaran, P.K. and Sibanda, P., "Thermal dispersion effects on convective heat and mass transfer in an Ostwald de Waele nanofluid flow in porous media", Boundary Value Problems, Vol. 27, pp. 243-270, (2013).

21. Wasp, F.J., "Solid–liquid Slurry Pipeline Transportation", Trans. Tech., Berlin, (1977).

22. Blottner, F.G., "Finite-difference methods of solution of the boundary-layer equations", AIAA Journal, Vol. 8, pp. 193-205, (1970).