12065

12065

مدلسازي رياضي و شبيه سازي CFD پديده جوشش استخري نانوسيالات

كارشناسي ارشد

شيمي - طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيند

شهريور 1392

شهريور 1392

دكتر نوراله كثيري - مهندس محمد حسن خان اف

دكتر مريم حقيقي

چكيده كار حاضر پژوهشي پيرامون مدل سازي جوشش استخري نانوسيالات است. هدف نهايي بررسي و مدل سازي تاثير حضور نانوذرات بر پديده انتقال حرارت جوشش در نانوسيالات مي باشد. در دهه اخير پژوهش هاي بسياري براي يافتن نحوه اثرگذاري نانوذرات بر انتقال حرارت فرايند جوشش انجام شده است و هر كدام به صورت موردي براي يك نانوسيال خاص، آزمايشاتي را انجام داده و افزايش يا كاهش ضريب انتقال حرارت را گزارش كرده اند. در كار حاضر ضمن بررسي عواملي كه حضور نانوذرات بر آن ها تاثير گذار است، دو عامل زبري سطح جوشش و اندازه نانوذرات به عنوان عوامل تاثيرگذار انتخاب مي شوند. ابتدا رابطه اي براي تغييرات زبري سطح ارائه مي شود و بر اساس آن، رابطه اي براي ميزان بهبود انتقال حرارت با توجه به اندازه نانوذرات استخراج مي گردد. در ادامه، نسبت دانسيته مواضع فعال هسته زايي براي اولين بار به عنوان يك پارامتر جديد براي جوشش نانوسيالات معرفي مي شود كه تغييرات نسبي تراكم مواضع هسته زايي را در اثر حضور نانوذرات در مقايسه با سيال خالص مشخص مي كند. نسبت دانسيته مواضع هسته زايي با استفاده از مجموعه اي كامل از داده هاي تجربي استخراج شده است. اين مقدار به صورت تابعي از پارامتر بي بعد نسبت زبري سطح به اندازه نانوذره معرفي مي شود. در ادامه مدل جوشش RPI، كه جوشش را در ديدگاه ماكرو شبيه سازي مي كند در شبيه سازي ديناميك سيالات محاسباتي به كار گرفته شده است و براي نانوسيالات، نسبت دانسيته مواضع هسته زايي جايگزين رابطه مربوط به سيال خالص مي شود. شبيه سازي در ديدگاه چندفازي اولرين و لحاظ كردن مدل سطح ويژه انجام شده است. نتايج با استفاده از داده هاي تجربي و مدل هاي مشابه اعتبارسنجي مي شود. بر مبناي مدل نهايي ارائه شده مي توان نتيجه گرفت كه بيشترين تغيير در انتقال حرارت در جوشش نانوسيال در مقايسه با سيال خالص، زماني رخ مي دهد كه سايز ذرات استفاده شده و اندازه زبري سطح جوشش به يكديگر نزديك باشد و به عبارتي همپوشاني داشته باشند و اين تغيير عمده به صورت كاهش انتقال حرارت مشاهده مي شود. در صورتي كه اين همپوشاني وجود نداشته باشد و به خصوص در حالتي كه بازه انداره ذرات كوچكتر از بازه زبري سطح باشد بهبود انتقال حرارت حاصل مي شود. مقدار دقيق بهبود انتقال حرارت از رابطه نسبت دانسيته مواضع هسته زايي قابل محاسبه است. مقايسه نتايج بدست آمده از مدل جوشش نانوسيالات ، با داده هاي تجربي مستقل از داده هاي اوليه و همچنين مدل هاي ارائه شده توسط محققان ديگر، همخواني مطلوب و توانايي رابطه جديد را براي پيشبيني ميزان پتانسيل نانوسيال براي انتقال حرارت موثر تاييد مي كند. واژه‌هاي كليدي: نانوسيال، انتقال حرارت، شبيه سازي CFD، جوشش استخري، زبري سطح، سايز ذره، مواضع فعال هسته زايي