مطالعه برخورد قطره نانوسیال آب- سیلیکا به سطح داغ با استفاده از مدل تک فازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران

چکیده

یکی از فرایندهای بسیار مهم خنک­کاری در صنایع، خنک­کاری از طریق اسپری قطرات می­باشد. در این پژوهش، برخورد قطره نانوسیال آب- سیلیکا  به سطح داغ در رژیم جوشش لایه­ای مطالعه می­شود. معادلات حاکم، شامل معادلات پیوستگی، مومنتم و انرژی در حالت تراکم ناپذیر می­باشند. برای اعمال اثر نانوذرات از مدل تک­فازی استفاده می­شود. از روش سطح تراز برای ردیابی سطح مشترک و از روش سیال مجازی، برای اعمال ناپیوستگی­ها روی سطح مشترک استفاده می­شود. اثر افزودن نانوذرات و نیز اثر سرعت برخورد قطره روی زمان تماس قطره با سطح، میزان پخش شدن قطره و میزان دفع حرارت از سطح داغ بررسی می­شود. افزایش سرعت برخورد منجر به افزایش پخش شدن قطره و آهنگ انتقال گرما می­شود. ولی اثر آن روی زمان تماس قطره ناچیز است. افزایش کسرحجمی نانوذرات، باعث افزایش زمان تماس قطره با سطح و میزان پخش شدن قطره روی سطح می­شود. در سرعت های برخورد بالاتر تاثیر اضافه کردن ذرات نانو روی افزایش میزان پخش شدن قطره بیشتر است. افزایش کسرحجمی، منجر به افزایش آهنگ انتقال گرما و میزان گرمای دفع شده از سطح می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Wong K., and Leon O. De,  Applications of   Nanofluids: Current and Future. Advances in Mechanical Engineering, Vol. 21, pp. 1-11, 2010.
[2] Karl A., Anders K, Rieber M. and Frohn N, Deformation of liquid droplets during collisions with hot walls: Experimental and Numerical Results. Particle & Particle Systems Characterization, Vol. 13, pp. 186-190, 1996.
 [3] Harvie D. J. E., and Fletcher D. F, A hydrodynamic and thermodynamic simulation of droplet impacts on hot surfaces, part Ι: theoretical model.  International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 41, pp. 2633-2642, 2001.
[4] Harvie D. J. E., and Fletcher D. F., A hydrodynamic and thermodynamic simulation of droplet impacts on hot surfaces, part П: theoretical model. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 41, pp. 2643-2659, 2001.
[5] Ge Y., and Fan L. S., Three-dimensional simulation  of  impingement  of  a  liquid droplet  on  a  flat  surface in the Leidenfrost  regime. Physics of Fluids, Vol. 17, pp. 1–20, 2005.
[6] Biance AL., Chevy F., Clanet C., Lagubeau G., and Quere D., On the elasticity of an inertial liquid shock. Journal of Fluid Mechanics, Vol. 554, pp. 47–66, 2006.
[7] Chatzikyriakou D., Walker SP., Narayanan C, and Lakehal D., Comparison of measured and modelled droplet-hot wall interactions. Applied Thermal Engineering, Vol. 29, pp. 1398–1405, 2009.
 [8] Pournaderi P, and Pishevar A. R., A numerical investigation of droplet impact on a heated wall in the film boiling regime. Heat and Mass Transfer,Vol.48, pp. 1525–1538, 2012.
[9] Hamdan Kh.S., Kim D-E, and Moon S-Ki, Droplets behavior impacting on a hot surface above the Leidenfrost Temperature.  Annals of Nuclear Energy, Vol. 80, pp. 338-347, 2015.
[10] Villegas L. R., Alis R., Lepilliez M., and Tanguy S., A Ghost fluid/level set method for boiling flows and liquid evaporation: Application to the Leidenfrost effect. Journal of Computational Physics, Vol. 316, pp. 789-813, 2016.
 
[11] Liu Zh., and Qiu Y., Boiling heat transfer characteristics of nanofluids jet impingement on a plate surface. Heat and Mass Transfer, Vol. 43, pp. 699-706, 2007.
[12] Golubovic M. N., Hettiarachchi M., Worek W. M., and Minkowycz W. J., Nanofluids and critical heat flux, experimental and analytical study.Applied Thermal Engineering, Vol. 29, pp. 1281–1288, 2009.
[13] Aminfar H., Mohammadpourfard M., and Sahraro M., Numerical simulation of nucleate pool boiling on the horizontal surface for nano-fluid using wall heat flux partitioning method. Computers and Fluids, Vol. 66, pp. 29–38, 2012.
[14] Abedini E., Behzadmehr A., Mansouri S. H., and Sarvari S. M. H., Numerical   investigation   of  subcooled flow boiling of a nanofluid. International Journal of Thermal Sciences, Vol. 64, pp. 232–239, 2013.
[15] Gerken W., Thomas A., Koratkar N., and Oehlschlaeger M, Nanofluid pendant droplet evaporation: Experiments and modeling. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 74, pp. 263-268, 2014.
 [16] Nguyen D., Fedkiw R. P., and Kang M., A boundary condition capturing method for incompressible flame discontinuities. Journal of Computational Physics, Vol. 172, pp. 71-98, 2001.
[17] Gibou F., Chen L., Nguyen D. and Banerjee S., A level set based sharp interface method for the multiphase incompressible Navier–Stokes equations with phase change. Journal of Computational Physics, Vol. 222, pp. 536-555, 2007.
 [18] Kang M., Fedkiw R. P., and Liu X. D., A boundary condition capturing method for multiphase incompressible flow. Journal of Scientific Computing, Vol. 21, pp. 323-369, 2000.
[19] Tanguy S., Menard T., and Berlemont A., A Level set method for vaporizing two-phase flows. Journal of Computational Physics, Vol. 221, pp. 837-853, 2007.
[20] 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.
[21] Pak B. C., and Cho Y. I., Hydrodynamic and heat transfer study of dispersed fluids with submicron metallic oxide particles. Experimental Heat Transfer, Vol. 11, pp. 151-170, 1998.
[22] Wang X., Xu X., and  Choi SUS., Thermal conductivity of nanoparticle-fluid mixture.  Journal of thermophysics and Heat transfer, Vol. 13, pp. 474-480, 1999.
[23] Fedkiw R. P., Aslam T., Merriman B., and Osher S., A non-oscillatory Eulerian approach to interfaces in multimaterial flows (the ghost fluid method), Journal of Computational Physics, Vol. 152, pp. 457-492, 1999.
[24] Sussman M., Smereka P., and Osher S., A level set approach for computing solutions to incompressible two-phase flow. Journal of Computational Physics, Vol. 114, pp. 146-159, 1994.
[25] Osher S., and Fedkiw R. P., Level set methods and dynamic implicit surfaces. Springer-Verlag, 2003.
 [26] Liu X. D., Fedkiw R. P., and Kang M., A boundary condition capturing method for Poisson’s equation on irregular domains. Journal of Computational Physics, Vol. 160, pp. 151-178, 2000.
[27] Aslam T, A partial differential equation approach to multidimensional extrapolation. Journal of Computational Physics, Vol. 193, pp. 349-355, 2003.
[28] Li X, Tu J., and Buongiorno J., On two-fluid modeling of nucleate boiling of dilute nanofluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 69, pp. 443–450, 2014.
[29] Das S., Putra N., and Roetzel W., Pool boiling characteristics of nano-fluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 46, pp. 851–862, 2003.
[30] Sugano T., Physical and chemical properties of Si-SiO2 transition regions. Surface Science, Vol. 98, pp. 145-153, 1980.
[31] Wachters L., and Westerling N., The heat transfer from a hot wall to impinging water drops in the spheroidal state. Chemical Engineering Science, Vol. 21, pp. 1047–1056, 1966.