18531

۱۸۵۳۱

تحليل عوامل موثر بر نحوه پخش ذرات و انتقال حرارت جابجايي مختلط آشفته نانوسيال

دكتري تخصصي

تبديل انرژي

بهمن ماه ۱۳۹۶

دكتر فرزاد بازديدي طهراني

مكانيك

در رساله حاضر، جريان و انتقال حرارت جابجايي مختلط آشفته ي نانوسيال هاي مختلف در يك كانال بررسي شده است. به جريان نانوسيال هم از منظر يك سيال تك فاز با در نظر گرفتن خواص ترموفيزيكي متغير و هم از منظر يك سوسپانسيون دو فاز با تزريق نانو ذرات به جريان سيال توجه شده است. اگرچه روش تك فاز روند تغييرات ويژگي هاي جريان و انتقال حرارت سيال پايه را با افزودن نانو ذرات به خوبي پيش بيني مي كند، اما در عين حال دقت نتايج حاصل از اين روش در مقايسه با روش دو فاز كمتر است. نتايج حل دو فاز جريان نانوسيال مبين اين نكته است كه در ناحيه كاملاً توسعه يافته، ديفيوژن ناشي از ترموفورسيس بيشتر از ديفيوژن ناشي از حركت براوني نانو ذرات است و از اين رو تجمع نانو ذرات در نواحي مركزي كانال بيشتر است. اما در ناحيه ورودي توزيع يكنواخت تري از نانو ذرات مشاهده مي شود. همچنين، از رهيافت هاي مختلف جهت شبيه سازي جريان آشفته استفاده شده است. رهيافت هاي شبيه سازي مقياس تطبيقي و شبيه سازي گردابه هاي بزرگ دقت بيشتري در پيش بيني ميزان انتقال حرارت، افت فشار نانوسيال، آشكار سازي ساختارهاي منسجم جريان آشفته و همچنين،ميزان نوسانات سرعت و دما در مقايسه با روش معادلات متوسط گيري شده ناوير استوكس از خود نشان مي دهند. نوسانات سرعت و دماي نانوسيال با افزايش كسر حجمي نانو ذرات در همه جهات افزايش مي يابد. اما اين افزايش در جهت جريان بيشتر از ساير جهات است. همچنين،اين اثر در نزديكي ديواره كه محل توليد آشفتگي جريان است بيشتر مي باشد. بنابراين،با استفاده از نانوسيال مقدار آشفتگي جريان افزايش مي يابد كه موجب بيشتر شدن انتقال حرارت در جريان آشفته نسبت به جريان آرام مي شود. همزمان با نوسانات سرعت و دما، افزايش كسر حجمي نانو ذرات موجب افزايش تنش هاي رينولدز و شار حرارت آشفته نيز مي شود كه انتقال انرژي بين لايه هاي نانوسيال را بهبود مي بخشد. در انتها نيز با استفاده از شبكه عصبي مصنوعي محدوده وسيعي از جريان نانوسيال با در نظر گرفتن تاثيرات عدد رينولدز، كسر حجمي و قطر نانو ذرات بر عدد ناسلت، فاكتور اصطكاك و توليد انتروپي بررسي مي¬شود تا محدوده بهينه اي براي كاربرد نانوسيال مشخص گردد.

1396/12/08

1/27/2018 12:00:00 AM

In the present thesis, the flow and heat transfer of turbulent mixed convection of different nanofluids through a duct has been investigated. The nanofluid flow has been modeled via the single phase model with variable thermo-physical properties and two phase model with nanoparticles injection. However, the single phase model predicts the flow and heat transfer characteristics of nanofluid well, but the accuracy of two-phase model is higher than single phase model. The results of two-phase modeling indicates that at the fully developed region, the diffusion of thermophoresis is higher than Brownian motion and therefore the nanoparticles dispersion is higher at the core region of duct. Whilst at the entrance region the nanoparticles are dispersed uniformly. Different approaches are used to simulate the turbulent flow. The Scale-Adaptive Simulation (SAS) and Large Eddy Simulation (LES) approaches show higher accuracy than Reynolds Averaged Navier stokes (RANS) models in predicting heat transfer, pressure drop, capturing the coherent structures, velocity and temperature fluctuations of nanofluids. In parallel with velocity and temperature fluctuations, increasing the nanoparticles volume fraction, augments the Reynolds stresses and turbulent heat fluxes that enhance the energy transfer between nanofluid layers. Moreover, the artificial neural networks have been used to investigate the wide range of nanofluid flow considering the effect of Reynolds number, nanoparticles volume fraction and diameter on Nusselt number, friction factor and entropy generation to find the optimum range of nanofluid flow.