17834

17834

توسعه روش شبكه بولتزمن و شبيه سازي جريان نانو سيال در محيط متخلخل تحت ميدان مغناطيسي

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

شهريورماه 1396

دكتر مجيد سياوشي

دكتر شهرام درخشان

مكانيك

در اين پروژه با استفاده از روش شبكه¬ي بولتزمان (LBM) به بررسي پديده¬هاي مختلف جابجايي آزاد نانوسيال در يك محفظه دوبعدي متخلخل با هدف بهبود انتقال حرارت پرداخته شده است. در اين راستا ابتدا به بررسي LBM و رويكرد آن به مسائل مكانيك سيالات و انتقال حرارت به عنوان يكي از روش-هاي ديناميك سيالات محاسباتي پرداخته شده است. اين روش كه داراي مزايايي در شبيه¬سازي جريان دو فاز و محيط متخلخل به دليل ديدگاه مزوسكوپيك، نسبت به ساير روش¬ها است، براي جريان دو فاز سيال-سيال و سيال-نانوذرات در قالب كد فرترن با قابليت پردازش موازي توسعه داده شده است. معادلات و نحوه¬ي شبيه¬سازي به كمك اين روش در مسائل مختلف به طور كامل شرح داده و بررسي شده است. بعد از آشنايي كامل با روش شبكه¬ي بولتزمان، كد محاسباتي براي شبيه¬سازي مسائل مختلف همچون جريان جابجايي طبيعي در محيط متخلخل يا در حضور ميدان مغناطيسي براي نانوسيال با غلظت¬ها و نيروهاي بين ذره¬اي مختلف در هندسه¬هاي گوناگون توسعه داده شد. هر يك از پديده¬ها در غالب يك مسئله¬ي كاربردي بيان و بررسي شده است كه در تمام اين تحقيقات استفاده از نانوسيال و تأثيرات آن بر روي انتقال حرارت و جريان نانوسيال به عنوان هدف اصلي مدنظر بوده است. به منظور بررسي بهتر، كد محاسباتي از نقطه نظر قانون اول و دوم ترموديناميك (توليد آنتروپي) نتايج را تحليل و بهترين شرايط جرياني و حرارتي در مسائل خاص حاصل شده است. ازجمله نتايج به دست آمده مي¬توان به مشاهده پديده ناپايداري مغناطيسي در بازه هارتمن 0 تا 20 در جريان جابجايي طبيعي در رايلي 104 اشاره كرد كه از اهميت بالايي برخوردار است. همچنين نانوسيال (آب-Cu) در اكثر تحقيقات اثر مثبت بر روي انتقال حرارت داشته ولي در مطالعه¬ي حاضر اثرات منفي آن در صورت استفاده از محيط متخلخل نشان داده شد. در بررسي¬هاي صورت گرفته ضريب انتقال حرارت محيط متخلخل در رايلي¬هاي مختلف اثرات متضادي در انتقال حرارت داشته و حتي در مواردي باعث تقويت سرعت جريان نسبت به حالت بدون محيط متخلخل شده است.

1396/07/04

1/1/1900 12:00:00 AM

At the current project, nanofluid natural convection studied in two dimensional porous cavity for heat transfer improvement by lattice Boltzmann method. In this regard, at first LBM and its approach to fluid mechanism and heat transfer problems investigated. This method which has advantages in two-phase and porous media due to its mesoscopic approach than other CFD methods, developed as parallel FORTRAN code for two-phase fluid-fluid and fluid-nanoparticle simulation. Equations and simulation procedure with this method described and investigated. After full acquaintance with LBM, numerical code developed for different problems simulation such as natural convection in porous media or under magnetic field effect for nanofluid with different concentrations and inter-particle forces in various geometries. Each phenomena investigated as practical problem where in all these studies, nanofluid and its effects on heat transfer and fluid flow considered as a main subject. For better analyzing, numerical code investigated from first and second law of thermodynamic points to find best heat transfer and fluid flow conditions. Results showed that, magnetic instability in Hartmann range 0 to 20 happens in 〖10〗^4 Rayleigh value which has high importance. Also Cu/water nanofluid in most researches has positive effect on heat transfer but in current study, nanofluid use as the same time with nanofluid also shows negative effects in different situations. In current investigations, thermal conductivity of porous media has different effect on heat transfer in various Ra values and also in some cases porous media using shows improvement in fluid circulation than without porous media.