20677

۲۰۶۷۸

تحليل جريان آشفته و انتقال گرماي جابجايي مختلط نانوسيال غيرنيوتني در كانال قائم

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

۱۳۹۵

۱۳۹۸/۱/۳۱

دكتر فررزاد بازديدي طهراني

مكانيك

در پايان‌نامه حاضر، جريان و انتقال حرارت جابجايي مختلط آشفته نانوسيال غير نيوتني در لوله دايروي، كانال با سطح مقطع مربعي و لوله داراي صفحه چرخاننده جريان بررسي شده است. به اين منظور، در تحليل جريان و انتقال حرارت، حل عددي و روش حجم محدود بكار گرفته شده‌اند. سيال پايه استفاده شده براي نانوسيالات، غير نيوتني و از نوع شبه پلاستيك مي‌باشد. در اين نوع سيال غير نيوتني، ويسكوزيته سيال پايه يك تابع تواني از نرخ برش است. شبيه‌سازي جريان نانوسيال از طريق دو ديدگاه صورت پذيرفته است. ديدگاه تك فاز كه يك سيال تك فاز با در نظر گرفتن خواص ترموفيزيكي متغير مدل مي شود و ديدگاه دو فاز كه سرعت لغزشي بين نانوذرات و سيال پايه در مدل منظور مي گردد. همچنين از مدل هاي مبتني بر معادلات متوسط گيري شده ناوير استوكس جهت شبيه سازي آشفتگي جريان استفاده مي شود. با بررسي نگرش‌هاي تك فاز و دو فاز مشخص مي گردد كه اگرچه روش تك فاز روند تغييرات ويژگي هاي جريان و انتقال حرارت جابجايي سيال پايه را با افزودن نانوذرات به خوبي پيش‌بيني مي كند، اما در عين حال دقت نتايج حاصل از اين روش در مقايسه با روش دو فاز كمتر است. همچنين براي افزايش هرچه بيشتر انتقال حرارت و افزايش بازده حرارتي جريان نانوسيال از لوله‌هاي داراي نوار چرخاننده جريان با نسبت چرخش‌هاي مختلف استفاده شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه حضور نوار چرخشي باعث چرخش و افزايش آشفتگي جريان و درنتيجه سبب اختلاط بيشتر جريان گرم كنار ديوار با جريان سردتر مركز لوله مي‌شود. اين امر موجب انتقال بهتر انرژي از نانوذرات به سيال پايه مي شود كه موجب بهبود ضريب جابجايي حرارتي جريان مي شود. به طوري كه مقدار عدد ناسلت و بازده كلي در لوله‌هاي داراي نوار پيچشي در شرايط مختلف جرياني بيشتر از لوله ساده است.

1398/03/28

Analysis of Turbulent Flow and Mixed Convection of Non-Newtonian Nanofluid in the Vertical Duct

4/19/2020 12:00:00 AM

In the present dissertation, fluid hydrodynamics and mixed turbulent convective heat transfer of non-Newtonian nanofluids has been studied in a circular tube, a channel with square cross section and a tube equipped with a twisted tape inserts. To this end, numerical solution and finite volume method have been used. The base fluid for the nanofluid is a non-Newtonian pseudoplastic, with the viscosity modeled as a power low function of the shear rate. The nanofluid flow has been modeled from two viewpoints; the single-phase approach which deals with the thermophysical properties as effective parameters and the two-phase approach which takes into account the relative velocity between the Nano particles and the base fluid. Furthermore, the models based on averaged Navier-Stokes equations have been employed to simulate the turbulence of the flow. Looking at the results obtained from single-phase and two-phase models, it can be seen that although the single-phase approach predicts the trend of the hydrodynamic and convective properties of the flow successfully, its accuracy is lower compared to the two-phase model. In addition to this, twisted tape inserts with different twist ratios were utilized to further enhance the heat transfer as well as the thermal efficiency of the flow. The obtained results show that presence of the twisted tape leads to a swirling motion, increasing the turbulence of the flow which in turn leads to better mixing of the hot region near the wall with the colder core of the flow. This increases the energy transfer from the Nanoparticles to the base flow, improving the heat transfer coefficient. The Nusselt number and overall efficiency of the tubes with twisted tape inserts were higher than those of a plain tube.