18886

1۸۸۸۶

تحليل جريان و انتقال گرماي جابجايي مختلط آشفته نانوسيال به كمك روش شبيه سازي مقياس تطبيقي

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - ديناميك سيالات

اسفند ۱۳۹۶

دكتر فرزاد بازديدي طهراني

مكانيك

در پايان نامه حاضر، جريان و انتقال حرارت جابجايي مختلط آشفته نانوسيالات مختلف در كاناال صااو و آجدار بررسي شده است. به اين منظور، در تحليل جرياان و انتقاال حارارت ، حال عاددي و روش حجام محدود به كار گرفته شده اند. در شبيه سازي جريان نانوسيال از دو ديدگاه به آن نگاه شده است، ياك سايال تك فاز با در نظر گرفتن خواص ترموفيزيكي متغير و يك سوسپانسيون دو فاز با تزريق نانوذرات به جرياان سيال پايه. همچنين، از رهيافت شبيه سازي مقياس تطبيقي به عنوان مدل تحليل آشفتگي جريان و در مقايسه با رهيافتهاي رايج معادلات متوسط گيري شده ناوير استوكس استفاده شده است. با نگرش تك فاز، دقات روش مقياس تطبيقي بيشتر از روشهاي و است. در مقايسه نگرش هاي تك فااز و دو فاز مشخص شده است كه اگرچه روش تك فاز روند تغييارات عادد ناسالت و فااكتور اصاطكاك جرياان نانوسيال را بر حسب نرخ جريان و كسر حجمي نانوذرات به خوبي پيش بيني ماي كناد، اماا در عاين حاال دقت نتايج حاصل از اين روش در مقايسه با روش دو فاز كمتر است. نتايج حال دو فااز جرياان نانوسايال مبين اين نكته است كه در ناحيه كاملاً توسعه يافته، ديفيوژن ناشي از پديده ترموفورسيس بيشتر از ديفيوژن ناشي از حركت براوني نانو ذرات است و از اين رو تجمع نانوذرات در نواحي مركزي كانال بيشاتر اسات. اين امر در شرايط جريان جابجايي مختلط و با افزايش شار حرارت تشديد مي شود. همچناين، باراي درك بهتري از توانايي مدل آشفتگي مقياس تطبيقي در جريان هاي با ناپايداري بيشتر از كانال آجدار استفاده شده است. علاوه بر اين، به منظور كاربردي شدن نتايج حاصله، شرايط مرزي اعمالي به كانال از شرايط منطبق بر واقعيت براي كانال هاي سيال عامل در كلكتورهاي حرارتي خورشيدي صفحه تخت انتخاب شده اند. نتاايج نشان داده اند كه حضور آج باعث ايجاد نواحي با اختلاط بيشتر در پايين دسات شاده و باا بهباود دريافات حرارت از ديواره، دماي توده سيال را افزايش مي دهد. در ضمن، استفاده از كانال آجدار و نانوسيال به عنوان سيال عامل، بازده حرارتي را تا 12 % افزايش مي دهد.

1397/03/05

5/26/2018 12:00:00 AM

In the present dissertation, the turbulent flow and mixed convection heat transfer of nanofluids in plain and ribbed duct have been investigated. In the simulation of the nanofluid, two approaches of single-phase point of view, with variable temperature-dependent properties, and two-phase flow, with injected nanoparticles in the base fluid, have been employed. The Scale-Adaptive Simulation has been used to model the turbulence in comparison with the common RANS-based models. It has been shown that the SAS approach is more accurate comparing with and . Moreover, the comparison between single- and two-phase points of view reveals that despite acceptable accuracy of single model for prediction of Nusselt number and friction factor at different volume fractions, it has less accuracy in comparison with the two-phase approach. The two-phase results indicate that due to the thermophoretic effect suppressing the Brownian effect, the nanoparticles tend to diffuse to the centerline of the duct. This manner is intensified at the mixed convection condition and higher heat fluxes. Also for further investigation of the SAS model in flows with higher instability, the ribbed duct has been used. In order to make the results more practical, the real-world boundary conditions of flat-plate solar collectors have been applied. The results indicate that using ribbed duct with nanofluid as the working fluid can enhance the thermal efficiency up to 12%.