انتقال حرارت در یک میکرو ‌کولر سه بعدی با نانوسیال عامل تحت تاثیر میدان مغناطیسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 استادیار، پژوهشکده انرژی، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

در مطالعه حاضر جریان و انتقال حرارت سه‌بعدی نانو سیال آب-اکسید آلومینیوم در یک ریزخنک‌کننده میکرو کولر سه بعدی با سطح مقطع مستطیلی در حضور میدان مغناطیسی به صورت عددی مورد بررسی قرار می‌گیرد. میدان مغناطیسی به صورت عرضی یعنی در جهت عمود بر جهت جریان نانوسیال اعمال می-شود. تمام شبیه سازی ها برای اعداد هارتمن 0 تا 30 و برای عدد رینولدز (Re) برابر 100 و کسر حجمی (∅) برابر 2 درصد صورت می‌گیرد. نتایج میدان جریان و انتقال حرارت در قالب کمیت‌های موثر اعم از عدد پوازیه (f.ReDh)، حداکثر سرعت محوری بدون بعد (Umax) و عدد ناسلت به همراه کانتور‌های سرعت و دما ارائه می‌شوند. نتایج نشان می ‌دهد که با افزایش عدد هارتمن افت فشار و انتقال حرارت افزایش می ‌یابد. همچنین علاوه بر داشتن پروفیل دمای یکنواخت‌تر در قسمت سیال، اعمال میدان مغناطیسی توزیع دما در قسمت جامد میکروکانال را نیز یکنواخت‌تر می‌کند. لذا می‌توان شار حرارتی بالاتری توسط میکروکولر دفع کرد بدون اینکه حداکثر دمای کانال از محدوده مجاز تخطی نماید.که در تحمل شار حرارتی بالاتر در محدوده دمایی مطمئن کمک شایانی خواهد نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Tuckerman D. B. and Pease R. F. W.,   High-performance heat sinking for VLSI. IEEE Electron device letters, Vol. 2, No.5, pp. 126-129, 1981.
[2]  Tuckerman D. B., Optimized convective cooling using micromachined structures. J. Electrochem. Soc.: Reviews and News, Vol. 129, No. 3, 1982.
[3]  Pfahler J., Harley J., Bau H. and Zemel J., Liquid transport in micron and submicron channels. Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 22, No.1-3, pp. 431-434, 1990.
[4]  Makihara  M., Sasakura  K. and Nagayama, A. The flow of liquids in micro-capillary tubes-consideration to application of the Navier-Stokes equations. JOURNAL-JAPAN SOCIETY FOR PRECISION ENGINEERING, Vol. 59, pp. 399-399, 1993.
[5]  Lee P. S. and Garimella, S. V., Thermally developing flow and heat transfer in rectangular microchannels of different aspect ratios. international journal of heat and mass transfer, Vol. 49, No.17-18, pp. 3060-3067, 2006.
[6]  Hung T. C. and Yan, W. M., Effects of tapered-channel design on thermal performance of microchannel heat sink. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 39, No.9, pp. 1342-1347, 2012.
[7]  Choi S. U. and  Eastman J. A.,  Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles. No. ANL/MSD/CP-84938; CONF-951135-29. Argonne National Lab., IL (United States), 1995.
[8]  Trisaksri V. and Wongwises   S., Critical review of heat transfer characteristics of nanofluids. Renewable and sustainable energy reviews, Vol. 11, No. 3, pp. 512-523, 2007.
[9]  Wen D and Ding, Y., Experimental investigation into convective heat transfer of nanofluids at the entrance region under laminar flow conditions. International journal of heat and mass transfer, Vol. 47, No. 24, pp. 5181-5188, 2004.
[10]           Gao P., Le Person S. and Favre-Marinet, M., Scale effects on hydrodynamics and heat transfer in two-dimensional mini and microchannels. International Journal of Thermal Sciences, Vol. 41, No. 11, pp. 1017-1027, 2002.
[11]           Li J and Kleinstreuer C., Entropy generation analysis for nanofluid flow in microchannels. Journal of Heat Transfer, Vol.  132, No. 12, pp.122401, 2010.
[12]           Ting T. W., Hung Y. M. and Guo N., Effects of streamwise conduction on thermal performance of nanofluid flow in microchannel heat sinks. Energy conversion and management, Vol. 78, pp. 14-23. 2014.
[13]           Raisi A., Ghasemi B. and Aminossadati S. M., A numerical study on the forced convection of laminar nanofluid in a microchannel with both slip and no-slip conditions. Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, Vol. 59, No. 2, pp. 114-129, 2011.
[14]           Rashidi S., Karimi N., Mahian O. and Esfahani, J. A., A concise review on the role of nanoparticles upon the productivity of solar desalination systems. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 135, No. 2, pp. 1145-1159, 2019.
[15]           Rashidi S., Mahian O. and Languri E. M., Applications of nanofluids in condensing and evaporating systems. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 131, No. 3, pp. 2027-2039. 2018.
[16]           Rashidi S., Eskandarian M., Mahian, O. and Poncet S., Combination of nanofluid and inserts for heat transfer enhancement. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 135, No. 1, pp. 437-460, 2019.
[17]           Nakatsuka K., Jeyadevan B., Neveu S. and  Koganezawa, H., The magnetic fluid for heat transfer applications. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 252, pp. 360-362, 2002.
[18]           Aminfar H., Mohammadpourfard M. and  Kahnamouei Y. N., A 3D numerical simulation of mixed convection of a magnetic nanofluid in the presence of non-uniform magnetic field in a vertical tube using two phase mixture model. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 323 No. 15, pp. 1963-1972, 2011.
[19]           Aminfar H., Mohammadpourfard M. and Mohseni, F. Two-phase mixture model simulation of the hydro-thermal behavior of an electrical conductive ferrofluid in the presence of magnetic fields. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 324, No. 5, pp. 830-842, 2012.
[20]           Sawada T., Tanahashi T and Ando, T., Two-dimensional flow of magnetic fluid between two parallel plates. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 65 No. 2-3, pp. 327-329, 1987.
[21]           Rashidi S., Esfahani J. A. and Maskaniyan M., Applications of magnetohydrodynamics in biological systems-a review on the numerical studies. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 439, pp. 358-372, 2017.
[22]           Ibáñez G., López A., Pantoja J. and  Moreira, J. Entropy generation analysis of a nanofluid flow in MHD porous microchannel with hydrodynamic slip and thermal radiation. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 100, pp. 89-97, 2016.
[23]           Selimli S., Recebli Z. and Arcaklioglu E., MHD numerical analyses of hydrodynamically developing laminar liquid lithium duct flow. International Journal of Hydrogen Energy, Vol.  40, pp. 44, pp. 15358-15364, 2015.
[24]           Hajialigol N., Fattahi  A., Ahmadi  M. H., Qomi  M. E. and  Kakoli E., MHD mixed convection and entropy generation in a 3-D microchannel using Al2O3–water nanofluid. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol.  46, pp. 30-42, 2015.
[25]           Abu-Nada E., Masoud Z. and Hijazi A., Natural convection heat transfer enhancement in horizontal concentric annuli using nanofluids. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol.  35, No. 5, pp. 657-665, 2008.
[26]           Aminossadati S. M., Raisi A. and Ghasemi B. Effects of magnetic field on nanofluid forced convection in a partially heated microchannel. International Journal of Non-Linear Mechanics, Vol.46, No.10, 1373-1382, 2011.
[27]           Li J. and Kleinstreuer, C., Thermal performance of nanofluid flow in microchannels. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, No. 4, pp. 1221-1232, 2008.
[28]           Mirzaei M. and  Dehghan, M., Investigation of flow and heat transfer of nanofluid in microchannel with variable property approach. Heat and Mass Transfer, Vol. 49, No.12, pp. 1803-1811, 2013.
[29]           Lee P. S., Garimella S. V. and Liu, D. Investigation of heat transfer in rectangular microchannels. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 48, No. 9, 1688-1704, 2005.
[30]           Morini G., LScaling effects for liquid flows in microchannels. Heat Transfer Engineering, Vol. 27, No. 4, pp. 64-73, 2006.
[31]           Maranzana G., Perry I., and Maillet, D., Mini-and micro-channels: influence of axial conduction in the walls. International journal of heat and mass transfer, Vol. 47, No. 17-18, pp. 3993-4004, 2204.