حل عددی و بررسی تاثیرات توابع توزیع نانوذرات بر انتقال گرمای همرفتی اجباری درون یک مجرا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

بررسی انتقال گرمای همرفتی نانوسیال با توابع توزیع متفاوت درون یک مجرا، موضوع بحث این مقاله می­باشد. عناصر تفرق و یا نانوذرات در داخل مجرا را می‌توان علاوه بر توزیع یکنواخت، با توابع توزیع متفاوتی از جمله توزیع سهموی یا توزیع نمایی پخش کرد. در اینجا تزریق نانوذرات با توزیع­های مختلف درون جریان سیال جهت دستیابی به بیشترین میزان انتقال گرما با یکدیگر مقایسه شده­اند. با توجه به کاربردهای زیادی که کانال صفحات موازی و همچنین لوله، به عنوان مجرای عبور سیال، در صنعت، دارند، لذا نتایج عددی برای این دو هندسه، ارائه و مقایسه می­گردند. جهت انجام مقایسه کامل و مفید، تعداد عناصر تفرق یکسانی برای هر یک از توزیع ها درنظر گرفته می­شود. اعتبارسنجی نتایج توسط راه حل تحلیلی برای یک وضعیت ساده از مسئله انجام شده است. حضور نانوذرات با توزیع سهموی و افزایش شاخص اندازه ذرات، عدد ناسلت و ویژگی­های انتقال گرما را به شکل پیوسته کاهش می­دهد. برای توزیع نمایی، افزایش شاخص اندازه ذرات منجر به یک رفتار صعودی-نزولی برای عدد ناسلت می­شود. بنابراین در این توزیع، اندازه بهینه­ای برای عناصر تفرق به دست می­آید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[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 Lin-wen, Hu., Laminar convective heat transfer and viscous pressure loss of alumina-water and zirconia-water nanofluids, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 52, No. 7, pp. 2042-2048, 2008.
[5]                 Fotukian, S., M., Nasr, M., and Esfahany, A.,  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, No. 2, 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, No. 2, pp. 151–170, 1998.
[7]                 Vincenzo, B., and Manca, O., “Sergio Nardini, Numerical investigation on nanofluids turbulent convection heat transfer inside a circular tube, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 50, No. 3,  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, No. 2,  pp. 211–219, 2007.
[9]                 Yu, W., France, D., M., Timofeeva, E., V.,  Singh, D., and Routbort, J., L., 2011. Convective Heat Transfer of Nanofluids in Turbulent Flow”. Proceedings of Carbon Nano Materials and Applications Workshop, October 30 -November 1, 2011. In http// www.google.com.
[10]              Mohebbi, R., Rashidi, M.,M., Izadi, M., Sidik, N., and Xian, H., Forced convection of nanofluids in an extended surfaces channel using lattice Boltzmann method, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 117, pp. 1291-1303, 2018.
[11]              Shehzad, N., Zeeshan, A., Ellahi, and R., Vafai, K., “Convective heat transfer of nanofluid in a wavy channel: Buongiorno's mathematical model”. Journal of Molecular Liquids, Vol. 222, pp. 446-455, 2016.
[12]              Xuan, Y., and Roetzel, W., “Conceptions for heat transfer correlation of nanofluids”. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 43, No. 19, pp. 3701-3707, 2000..
[13]              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, No. 8, pp. 791-809, 2004.
[14]              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, No. 13, pp. 2707-2718, 2002
[15]              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, No. 4, pp. 365-383, 2002.
[16]              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.
[17]              Khaled, A.R.A., Vafai, K., Heat transfer enhancement through control of thermal dispersion effects, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.  48, pp. 2172-2185, 2005.
[18]              Metzger, T., Didierjean, S., 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.
[19]              Q.  Li, Y.  Xuan,  Convective  heat  transfer  and  flow characteristics  of  cu-water  nanofluid,  Science  in  China (Series E), Vol. 45, pp. 408-416, 2002.
[20]              Ameri, M., Amani, M., and Amani, P., 2017, Thermal performance of nanofluids in metal foam tube: Thermal dispersion model incorporating heterogeneous distribution of nanoparticles, Advanced Powder Technology, Vol. 28, No. 10, pp. 2747-2755.
[21]              Bahiraei M., and Hosseinalipour S.,M., Accuracy enhancement of thermal dispersion model in prediction of convective heat transfer for nanofluids considering the effects of particle migration”. Korean Journal of Chemical Engineering, Vol. 30, No. 8, pp. 1552-1558, 2015.
[22]              Wasp F.J., Solid–liquid Slurry Pipeline Transportation, Trans. Tech., Berlin, 1977.
[23]              Blottner, F.G., Finite-difference methods of solution of the boundary-layer equations,  AIAA  Journal,  Vol. 8, pp. 193-205, 1970.