28164

تحليل جريان و انتقال گرماي جابجايي مختلط نانوسيال تغيير فاز دهنده با استفاده از مدل آشفتگي پيوندي (Hybrid)

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك-تبديل انرژي

1399

1401/12/21

فرزاد بازديدي طهراني

مهندسي مكانيك

در پايان نامه حاضر جريان و انتقال حرارت جابجايي مختلط آشفته نانوسيال تغيير فاز دهنده در يك كانال صاف عمودي تحت شار حرارت ثابت بررسي شده است. معادلات بقاء با روش حجم محدود گسسته سازي شده و براي نانوسيالات با نانوذرات اكسيدي و نانوذرات تغيير فاز دهنده كپسوله شده حل شده اند. براي رسيدن به اين هدف ابتدا به نانوسيال از منظر يك سيال تك فاز با خواص ترموفيزيكي متغير نگاه ميشود و سپس مانند يك سوسپانسيون دو فاز شامل سيال پايه و نانوذرات با آن برخورد ميشود. براي تحليل آشفتگي از يكي از رهيافت هاي RANSو رهيافتهاي پيوندي SASو SBESاستفاده شده است. در حل تك فاز دقت روش SBESاز روشهاي SASو RANSبيشتر است. در مقايسه روشهاي تكفاز و دوفاز نشان داده شده است كه اگرچه هر دو روش روند تغييرات عدد ناسلت و ضريب اصطكاك را به درستي پيشبيني ميكنند اما دقت حل روش دوفاز بالاتر است. با افزايش عدد رينولدز افزايش عدد ناسلت و كاهش ضريب اصطكاك در تمام كسرهاي حجمي رخ خواهد داد. افزايش كسر حجمي سبب افزايش انتقال حرارت و افت فشار ميشود. به طور مثال در كسر حجمي %10از نانوسيال تغيير فاز دهنده آب و ان-اكتادكان عدد ناسلت و ضريب اصطكاك به ترتيب به ميزان %34/59و %4/08نسبت به آب خالص افزايش مييابند. انتقال حرارت جابجايي مختلط نسبت به انتقال حرارت جابجايي اجباري افزايش عدد ناسلت را به علت نيروي بويانسي نشان ميدهد. هرچند ميزان اين افزايش با بيشتر شدن عدد رينولدز كاهش مييابد. توليد آنتروپي كل شامل آنتروپي حرارتي و اصطكاكي نيز بر حسب عدد رينولدز و كسر حجمي بررسي شده است و ميزان توليد آن بسته به مقدار اين دو عامل ميتواند روند متفاوتي داشته باشد.

1402/01/26

Analysis of Flow and Mixed Convection Heat Transfer of Phase Change Nanofluid by Hybrid Turbulence Modeling

3/11/2024 12:00:00 AM

In the present dissertation, the flow and heat transfer of turbulent mixed convection of phase change nanofluid in a smooth vertical channel under constant heat flux is investigated. The conservation equations are discretized by finite volume method and solved for nanofluids with oxide nanoparticles and encapsulated phase change nanoparticles. To achieve this goal, first, nanofluid is looked from the perspective of a single-phase fluid with variable thermophysical properties, and then it is treated like a two-phase suspension including base fluid and nanoparticles. RANS and hybrid approaches including 𝑆𝐴𝑆 and 𝑆𝐵𝐸𝑆 have been used for turbulence analysis. In single-phase solution, the accuracy of 𝑆𝐵𝐸𝑆 approach is higher than 𝑆𝐴𝑆 and RANS approaches. In the comparison of single-phase and two-phase methods, it has been shown that although both trends correctly predict the changes of Nusselt number and friction coefficient, the accuracy of the two-phase method is higher. By increasing the Reynolds number, an increase in Nusselt and a decrease in the friction coefficient in all concentrations is seen. higher concentration causes an increase in heat transfer and pressure drop for example in comparison with water, nanofluid with 10% of n-octadecane causes 34.59% and 4.08% increment in Nusselt number and friction factor respectively. Compared to forced convection heat transfer, mixed convection heat transfer shows an increase in Nusselt number due to the buoyancy force, although the amount of this increase decreases with increasing Reynolds number. The production of total entropy, including thermal and frictional entropy, has also been investigated in terms of Reynolds number and volume fraction, and its production rate can have a different trend depending on the amount of these two factors.

نانوسيال تغيير فازدهنده , انتقال حرارت جابجايي مختلط , رهيافت آشفتگي پيوندي , روش هاي تكفاز و دوفاز , آنتروپي

Phase change nanofluid , Mixed convection , Hybrid turbulence modeling , Single and two phase approach , Entropy

Seyed Ahmad Peymaei Semnani

Dr. Farzad Bazdidi-Tehrani