تراکم پذیر
جریانهای برشی با پخش غالب[۱۰۳]
را در مدل خود برطرف کرده است. طی سالهای اخیر، با استفاده از نتایج آزمایشگاهی، جملات دیگری به معادلات k-e استاندارد افزوده شده است به‌نحوی‌که دقت آن برای جریانهای برشی آزاد افزایش یافته است.
۱-۷-۳-۶ مدل تنش رینولدزی (RSM)[104]
از زمان رینولدز در سال ۱۸۸۵، تاکنون حل لحظهای معادلات ناویر-استوکس ممکن نبوده است. گرچه به حلی که نتیجه آن محاسبه مقادیر متوسط باشد رضایت داده شده است، اما آن‌هم منجر به یک جمله اضافی (تنش رینولدزی) در کنار تنش ناشی از لزجت میشود که باید با توجه به طبیعت پدیده موردمطالعه، مدل گردیده و لحاظ شود. این جمله (RSM) از نظر ابعادی، مانند تنش بوده، اما در جریانهای اغتشاشی کاملا بستگی به سطح اغتشاش دارد.
ویژگی معادلات انتقال را به شرح زیر میتوان خلاصه کرد.
حلهای عددی فوقالعاده سفت[۱۰۵] هستند، زیرا دستگاه معادلات به هم کوپل هستند.
از نظر محاسباتی هزینهبر هستند.
حدس اولیه مناسب لازم دارند که معمولا از یک مدل k-e استفاده میشود.
همانند مدل k-e در مجاورت دیوار جامد دقت کمی دارند.
فصل دوم
مطالعات آزمایشگاهی، عددی و تئوریک
۲-۱ مقدمه
افزایش ضریب هدایت گرمایی در نانوسیالات نویدبخش استفاده از آن‌ها به‌عنوان سیال عامل انتقال حرارت خواهد شد. به‌منظور استفاده از نانوسیالات در کاربردهای صنعتی و عملی، نیاز به فهم ویژگی‌های انتقال حرارت جابهجایی در آن‌ها است. به این منظور، محققان زیادی بر روی عملکرد انتقال حرارت جابهجایی در نانوسیالات تحقیق کردهاند. تحقیق بر روی انتقال حرارت جابهجایی با استفاده از نانوسیالها به‌طور مشخص از دهه قبل آغاز شد.
جابه‌جایی اجباری در کانال و تزریق مایع برای خنک کاری سریع‌تر و در مقیاس بزرگ‌تر در صنعت برای چند دهه استفاده شد. انتقال حرارت میکروکانال، در مقایسه با هوای معمولی و مایع سیستمهای سرد دارای ضریب انتقال حرارت بالا، همراه با پتانسیل بالا برای ضریب انتقال حرارت و افت فشار متوسط میباشد. انتقال حرارت میکروکانال، به پدیده‌ای محبوب و جالب برای پژوهشگران تبدیل شده است.
در این بخش مروری بر مطالعات و تحقیقات حائز اهمیت در زمینه انتقال حرارت نانوسیالات در مقیاس میکرو خواهیم داشت.
۲-۲ مطالعات آزمایشگاهی[۱۰۶]
در سال‌های اخیر تحقیقات مختلفی به‌صورت آزمایشگاهی در انتقال حرارت جابهجایی در هر دو رژیم جریان آرام و مغشوش متمرکز شده است.
خصوصیات انتقال حرارت جابهجایی نانوسیالات تحت رژیم آرام و مغشوش توسط کیم و همکاران [۴۷] مورد مطالعه قرار گرفت. در این میان به‌منظور بررسی انتقال حرارت جابهجایی تک فاز یک مطالعه تجربی درون لوله مستقیم دایرهای با شار حرارتی ثابت در رژیم آرام و مغشوش انجام شد نانوسیال را، آب به‌عنوان سیال پایه و سوسپانسیون آلومینیوم و کربن نامنظم به‌عنوان نانوذرات تشکیل میدهد. در نانوسیال آلومینیوم شامل ۳% حجمی ذرات معلق، افزایش حرارتی هدایت و ضریب انتقال حرارت جابهجایی به ترتیب ۸% و ۲۰% است. برای نانوسیال کربن نامنظم، هدایت حرارتی مشابه آب بود و ضریب انتقال حرارت جابهجایی تنها ۸% در جریان آرام افزایش یافته است.
پاک و چو[۱۰۷] [۴۸] بر روی انتقال حرارت جابهجایی نانوسیالات آب-اکسید آلومینیوم و آب-اکسید تیتانیوم در رژیم جریان مغشوش تحقیق کردند. در این تحقیق شرط مرزی شار حرارتی ثابت برای دیوارهها در نظر گرفته شد. افزایش انتقال حرارتی به میزان ۷۵% برای نانوسیال آب- اکسید آلومینیوم و با نسبت حجمی ۷۸/۲% مشاهده شد و نشان داده شد که افزایش انتقال حرارت بهدست آمده با ذرات اکسید آلومینیوم بیشتر از ذرات اکسید تیتانیوم است.
لی و ژوان[۱۰۸] [۴۹] قابلیت انتقال حرارت نانوسیال آب-مس در هر دو رژیم جریان آرام و مغشوش را با استفاده از شرط مرزی شار حرارتی ثابت روی دیواره بررسی نمودند که افزایشی تا ۶۰% مشاهده شد. ملاحظه شد که نسبت افزایش ضریب انتقال حرارت با افزایش عدد رینولدز افزایش می‌یابد. آن‌ها این افزایش را به پدیده پخش حرارتی نسبت دادند.
چن و همکاران[۱۰۹] [۵۰] از نانولولههای اکسید تیتانیوم در تحقیقات خود استفاده کردند. قطر نانولولهها در حدود ۱۰ نانومتر و طول آن‌ها در حدود ۱۰۰ نانومتر بود. آب به‌عنوان سیال پایه استفاده شد. جریان آرام در لوله استوانه‌ای تحت شرط مرزی شار حرارتی ثابت روی دیواره در این تحلیل در نظر گرفته شد. ملاحظه شد که ضریب انتقال حرارت جابهجایی موضعی در جهت محوری کاهش یافت و برای رینولدز ۱۷۰۰ به حدود W/m2K 800 رسید. در این مقدار تغییر زیادی برای نسبت وزنی‌های مختلف ذرات (۵/۰%، ۱% و ۵/۲%) مشاهده نشد.
ون و دینگ[۱۱۰] [۵۱] روی نانوسیالات آب- اکسید آلومینیوم در رژیم جریان آرام و تحت شرط مرزی شار ثابت دیواره‌ها تحقیق کردند. تحلیل یکسانی را با تغییر نسبت حجمی ذرات بین ۶/۰% و ۶/۱% ترتیب دادند. نانوسیالات بکار رفته در این تحقیق ذراتی با اندازه بین ۲۷ نانومتر و ۵۶ نانومتر داشتند. آن‌ها به افزایش انتقال حرارت به ازای افزایش نسبت حجمی ذرات و عدد رینولدز دست یافتند و ملاحظه کردند که نسبت افزایش ضریب انتقال حرارت موضعی در ورودی لوله بیشتر است. همچنین مشاهده شد که نانوسیالات نسبت به سیالات خالص به‌کندی به حالت توسعه‌یافتگی گرمایی میرسند.
هوانگ و همکاران[۱۱۱] [۵۲] بر روی نانوسیالاتی با استفاده از نانوذرات اکسید آلومینیوم و با اندازه ۳۰ نانومتر و نسبت‌های حجمی پایین‌تر بین ۰۱/۰% تا ۳/۰% با شرایط مشابه سایر تحقیقات، تحقیق کردند و نشان دادند که افزایش انتقال حرارت هنوز هم حتی در نسبت حجمی پائین ذرات ۳/۰% چشمگیر است (۸%). برخلاف سایر محققین آن‌ها افزایشی در ارتقای انتقال حرارت به ازای افزایش عدد رینولدز مشاهده نکردند.
در مطالعه‌ای دیگر زینالی هریس و همکاران [۵۳] نانوسیالات آب-اکسید آلومینیوم و آب-اکسید مس را مقایسه کردند. آن‌ها مشاهده کردند که نرخ رشد انتقال حرارت بهدست آمده با نانوذرات اکسید آلومینیوم بیشتر از نرخ رشد بهدست آمده با نانوذرات اکسید مس است.
دانگتونگساک[۱۱۲] [۵۴] تحقیقی بر روی افزایش انتقال حرارت و افت فشار در نانوسیال آب- اکسید تیتانیوم در یک مبدل حرارتی دولولهای جریان مخالف انجام داد. مشاهده شد که ضریب انتقال حرارت و افت فشار نانوسیال به‌طور مشخص بیشتر از سیال پایه است.
اعتماد و همکاران [۵۵] انتقال حرارت جابهجایی اجباری برای سه نانوسیال غیرنیوتنی مختلف درون یک لوله مدور و تحت رژیم جریان مغشوش و شرط مرزی شار ثابت را به‌صورت تجربی مورد بررسی قراردادند. نتایج این تحقیق نشان داد که ضرایب انتقال حرارت موضعی و میانگین نانوسیالات بزرگ‌تر از سیال پایه است و نرخ انتقال حرارت نانوسیالات با افزایش غلظت نانوذرات افزایش می‌یابد. در این تحقیق معادله‌ای نیز برای عدد ناسلت نانوسیالات غیرنیوتنی پیشنهاد شد که در آن ناسلت تابعی از اعداد رینولدز و پرانتل بود.
فتوکیان و نصراصفهانی [۵۶] به مطالعه تجربی در مورد انتقال حرارت جابهجایی و افت فشار نانوسیال رقیق آب-اکسید مس در رژیم مغشوش درون لوله دایرهای پرداختند. اندازه‌گیری‌ها نشان داده که افزودن مقدار کمی از نانوذرات اکسید مس به سیال پایه ضریب انتقال حرارت را به‌طور قابل‌توجهی افزایش میدهد. به‌طور میانگین ۲۵% افزایش در ضریب انتقال حرارت و ۲۰% افت فشار مشاهده شده است.
همت، ساعدالدین و محمودی [۵۷] مطالعه تجربی روی کارایی انتقال حرارت جابهجایی و خواص ترموفیزیکی نانوسیال آب-منیزیم اکسید تحت جریان مغشوش انجام دادند. اندازه‌گیری‌ها نشان میدهد که افت فشار نانوسیال کمی بالاتر از سیال پایه است و با افزایش کسر حجمی نانوذرات افت فشار افزایش نمییابد.
بررسی تجربی و عددی انتقال حرارت و تجزیه‌وتحلیل جریان نانوسیال غیر نیوتنی در محیط متخلخل بین دو استوانه هم‌مرکز را حاتمی و گنجی [۵۸] انجام داده‌اند. سیال غیر نیوتنی آلژینات سدیم به‌عنوان سیال پایه و اکسید تیتانیوم به‌عنوان نانوذره در نظر گرفته شده است. لزجت نانوسیال به‌عنوان تابعی از دما توسط مدل رینولدز در نظر گرفته شده است. در این مقاله از روشهای حداقل مربعات و رانگ کوتا مرتبه چهار استفاده شده است.
وفایی و ون[۱۱۳] [۵۹] در یک کار جدید انتقال حرارت جابجایی نانو سیال آب- آلومینا را در میکرو کانال مورد بررسی قراردادند. آن‌ها مقدار کاهش انتقال حرارت را در ناحیه ورودی مشاهده کردند، اما عمده افزایش انتقال حرارت در ناحیه کاملاً توسعه‌یافته بهدست آمد.
حجت و همکاران [۸۰] به بررسی انتقال حرارت اجباری مغشوش سه نانوسیال اکسید آلومینیوم، اکسید مس و اکسید تیتانیوم در محلول آبی کربوکسی متیل سلولز پرداختند.
سلمان و همکاران [۸۱] در تحقیق خود خلاصهای از تحقیقات متعدد را که روی دو موضوع الف) بررسی جریان سیال و انتقال حرارت و انواع میکرولوله و میکروکانال ب) نانوسیالها شامل خواص، رفتار و سایر پارامترها، متمرکز بود را بیان نمودند. هدف این مقاله بیان یک دیدگاه روشن و خلاصه‌ای دقیق از تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل مشخصات هندسی، شرایط مرزی و نوع سیال است.
حجت و همکاران [۸۳] انتقال حرارت اجباری نانوسیال غیرنیوتنی در لوله مدور با دمای ثابت دیواره در شرایط مغشوش را مورد بررسی قرار دادهاند. نتایج نشان میدهد که ضریب انتقال حرارت جابهجایی نانوسیال نسبت به سیال پایه بالاتر است. افزایش ضریب انتقال حرارت جابهجایی با افزایش عدد پکله و افزایش غلظت نانوذرات افزایش مییابد.
۲-۳ مطالعات تئوریک
ماسیمو و همکاران [۶۰] به بررسی انتقال حرارت نانوسیالها داخل لوله تحت جریان مغشوش به‌صورت تحلیلی پرداختند. آن‌ها رفتار نانوسیالات را تک فاز فرض کردند. نتایج اساسی بدست آمده از این مقاله به این شرح است، برای هر ترکیب خاص جامد-مایع غلظت بهینه نانوذره با افزایش دمای توده نانوسیال افزایش، عدد رینولدز سیال پایه افزایش و نسبت طول به قطر لوله کاهش مییابد.

برای دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت  fumi.ir  مراجعه نمایید.