حل تشابهی خنک کاری جریان لایه ای جوشان نانوسیال عبوری بر روی صفحه ی بسیار داغ با کسرحجمی متغیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

چکیده

در مقاله­ی حاضر به مدلسازی و تحلیل جریان لایه ای نانوسیال از روی صفحه­ی بسیار داغ جهت افزایش انتقال گرما پرداخته شده است. تبخیر شدن نانوسیال پس از تماس با سطح، افزایش کسر حجمی ذرات نانو در امتداد صفحه را در پی خواهد داشت. لذا خواص نانوسیال متغیر و تابعی از موقعیت روی صفحه خواهد بود. معادلات حاکم شامل معادله پیوستگی، ممنتم و انرژی با حل تشابهی بلازیوس به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شدند و با ترکیب روش پرتابی و رانگ کوتا­ی مرتبه چهار برای هر مقطع از صفحه حل شدند. نتایج نشان می­دهد که با نانو سیال­ آب-مس با کسر حجمی 2/0،  انتقال گرما و آهنگ خنک­کاری در کل صفحه در حدود 42% و پسای اصطکاکی کمتر از 15% افزایش می­یابد. علاوه بر این، نتایج برای سطح متحرک در راستای افزایش آهنگ خنک­کاری در فرایندهایی همچون آب­دهی فلزات داغ با هدف کنترل سختی فلز نشان داده شده­اند.

کلیدواژه‌ها


[1]    J. C. Maxwell, A treatise on electricity and magnetism, 3rd ed, Oxford, UK : Clarendon press, 1891.
[2]    S. Chol, Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles, ASME-Publications-Fed, Vol. 231, pp. 99-106, 1995.
[3]    X. Wang, X. Xu, S. U. S. Choi, Thermal conductivity of nanoparticle-fluid mixture, Journal of thermophysics and heat transfer, Vol. 13, No. 4, pp. 474-480, 1999.
[4]    M. S. Liu, M. C. C. Lin, I. T. Huang, C. C. Wang, Enhancement of thermal conductivity with carbon nanotube for nanofluids, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 32, No. 9, pp. 1202-1210, 2005.
[5]    J. Eastman, U. Choi, S. Li, L. Thompson, S. Lee, Enhanced thermal conductivity through the development of nanofluids, Proceeding of the symposium on Nanophase and Nanocomposite Materials II, Materials Research  Society, Vol. 457, pp. 3-11, 1997.
[6]    S. Lee, S.U.S. Choi, S. Li, and, J. Eastman, Measuring thermal conductivity of fluids containing oxide nanoparticles, Journal of Heat Transfer, Vol. 121, No. 2, pp. 280-289, 1999.
[7]    C. Pang, J. Y. Jung, J. W. Lee, Y. T. Kang, Thermal conductivity measurement of methanol-based nanofluids with Al 2 O 3 and SiO 2 nanoparticles, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 55, No. 21, pp. 5597-5602, 2012.
[8]    H. Xie, J. Wang, T. Xi, Y. Liu, F. Ai, Q. Wu, Thermal conductivity enhancement of suspensions containing nanosized alumina particles, Journal of Applied Physics, Vol. 91, No. 7, pp. 4568-4572, 2002.
[9]    L. Zhou, B. Wang, Experimental research on the thermophysical properties of nanoparticle suspensions using the quasi-steady state method, Ann Proc Chin Eng Thermophys, Shanghai, pp. 889-892, 2002.
[10]  Y. Hwang, J. Lee, C. Lee, Y. Jung, S. Cheong, C. Lee, B. Ku, S. Jang, Stability and thermal conductivity characteristics of nanofluids, Thermochimica Acta, Vol. 455, No. 1, pp. 70-74, 2007.
[11]  N. Bozorgan, F. Panahizadeh, N. Bozorgan, Investigating the using of Al2O3/EG nanofluids as coolants in a double-tube heat exchanger. Modares Mechanical Engineering, Vol. 11, No. 3, pp. 75-84, 2010 (InPersian)
 [12]               T. F. BAZDIDI, M. Sedaghatnejad, N. Ekrami, I. Vasefi, Single phase and two phase analysis of mixed convection of nanofluid flow in vertical rectangular duct under an asymmetric thermal boundary condition, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 13, pp. 47-58, 2015 (InPersian)
[13]  H. Blasius, Grenzschichten in Fl flussigkeiten mit kleiner Reibung, Z Math. Phys, Vol. 56, No. 1, 1908.
[14]  S. M. AbdEl-Gaied, M. A. A. Hamad, MHD Forced Convection Laminar Boundary Layer Flow of Alumina-Water Nanofluid over a Moving Permeable Flat Plate with Convective Surface Boundary Condition, Journal of Applied Mathematics, Vol. 2013, 2013.
[15]  D. Pal, G. Mandal, K. Vajravelu, MHD convection–dissipation heat transfer over a non-linear stretching and shrinking sheets in nanofluids with thermal radiation, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 65, pp. 481-490, 2013.
[16]  J. Filipovic, R. Viskanta, F. Incropera, Similarity solution for laminar film boiling over a moving isothermal surface, International journal of heat and mass transfer, Vol. 36, No. 12, pp. 2957-2963, 1993.
[17]  F. Gunnerson, J. Meyer, An investigation of boiling behavior with applications to nuclear reactor safety, UCF Report No. 16-26-805, 1987.
[18]  P. Castany, F. Diologent, A. Rossoll, J. F. Despois, C. Bezençon, A. Mortensen, Influence of quench rate and microstructure on bendability of AA6016 aluminum alloys, Materials Science and Engineering: A, Vol. 559, pp. 558-565, 2013.
[19]  F. Fracasso, Influence of quench rate on the hardness obtained after artificial ageing of an Al-Si-Mg alloy,  Thesis, Master Thesis, University of Padova, Padova, Italy, 2010.
[20]  S. J. Kim, Pool boiling heat transfer characteristics of nanofluids,  Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2007.
[21]  N. Bachok, A. Ishak, I. Pop, Boundary-layer flow of nanofluids over a moving surface in a flowing fluid, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 49, No. 9, pp. 1663-1668, 2010.
[22]  W. Wagner, H. J. Kretzschmar, International Steam Tables-Properties of Water and Steam based on the Industrial Formulation IAPWS-IF97: Tables, Algorithms, Diagrams, and CD-ROM Electronic Steam Tables-All of the equations of IAPWS-IF97 including a complete set of supplementary backward equations for fast calculations of heat cycles, boilers, and steam turbines, Springer Science & Business Media, 2007.
[23]  M. H. Abolbashari, N. Freidoonimehr, F. Nazari, M. M. Rashidi, Entropy analysis for an unsteady MHD flow past a stretching permeable surface in nano-fluid, Powder Technology, Vol. 267, pp. 256-267, 2014.