16741

16741

مدل سازي و شبيه سازي انتقال حرارت نانوسيالات در محيط هاي متخلخل

كارشناسي ارشد

طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيند

تير ماه 1395

دكتر نوراله كثيري بيدهندي

دكتر مريم حقيقي

شيمي

چكيده ظهور نانوسيال¬ها راهكاري عملي را جهت كاهش هر چه بيش¬تر مصرف انرژي و افزايش بازده تجهيزات حرارتي ارائه كرده است. از طرفي فوم¬هاي فلزي تخلخل بالا نيز خواص مطلوب حرارتي ازجمله ضريب هدايت حرارتي مؤثر بسيار بالا و قابليت ايجاد اختلاط مناسب را فراهم مي¬آورند. بنابراين بررسي سيستم¬هاي حاوي نانوسيال در فوم¬هاي فلزي تخلخل بالا با توجه به مزاياي بسيار حرارتي اين دو ضروري به نظر مي¬رسد. بدين منظور در كار حاضر انتقال حرارت جابجايي اجباري نانوسيال در لوله¬ي پرشده با فوم فلزي تخلخل بالا با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي موردمطالعه قرار گرفت. از مدل همگن و مدل مخلوط غير همگن بونگيورنو براي بررسي رفتار نانوسيال و همچنين مدل دارسي-برينكمن-فورشهايمر براي هيدروديناميك جريان نانوسيال در فوم فلزي و فرض عدم تعادل حرارتي فوم فلزي و نانو¬سيال در انتقال حرارت آن استفاده شد. حل معادلات حاكم با استفاده از بسته¬ي نرم¬افزاري كامسول صورت گرفت. انتقال حرارت چهار نانوسيال آلومينا، تيتانيا، اكسيد مس و مس در سيال پايه‌ي آب در فوم فلزي بررسي شد. نتايج نشان داد كه نانوذرات مس و اكسيد مس عدد ناسلت بزرگ¬تري را به دست مي¬دهند. اما نانوذرات آلومينا و تيتانيا به دليل ايجاد افت فشار كم¬تر، بهره¬وري حرارتي بهتري نسبت به آب داشتند. استفاده از نانوذرات آلومينا بهره¬وري حرارتي نسبت به آب را تا 2 درصد افزايش داد. بررسي نتايج حاصل از دو مدل همگن و غير همگن براي نانوسيال نشان داد در فوم¬هاي فلزي تخلخل بالا اثر توزيع كسر حجمي نانوذره بر فرايند انتقال حرارت كوچك بوده و بنابراين با خطاي كمي مي¬توان از مدل همگن نيز استفاده كرد. اثر پارامتر¬هاي مؤثر بر فرآيند انتقال حرارت با ارائه¬ي يك مدل شبكه¬ي عصبي پيش¬بيني شد. مقايسه¬ي نتايج حاصل از شبيه¬سازي و مدل¬سازي شبكه¬ي عصبي نشان داد كه مدل¬سازي شبكه¬ي عصبي مي¬تواند عدد ناسلت ميانگين و افت فشار جريان نانوسيال در لوله¬ي حاوي فوم فلزي تخلخل بالا را به ترتيب با خطاي كمتر از 5/2% و 8/0% پيش¬بيني كند. همچنين با بهره¬گيري از روش بهينه¬سازي الگوريتم ژنتيك رابطه¬اي براي پيش¬بيني عدد ناسلت ميانگين توسعه داده شد. مقايسه¬ي نتايج حاصل از شبيه¬سازي ديناميك سيالات محاسباتي و پيش¬بيني رابطه¬ي ارائه‌شده، خطاي قابل قبول 10% را نشان داد. واژه¬هاي كليدي: نانوسيال، محيط متخلخل، فوم فلزي تخلخل بالا، ديناميك سيالات محاسباتي، كامسول، شبكه¬ي عصبي، الگوريتم ژنتيك.

1395/12/04

1/1/1900 12:00:00 AM