• شماره ركورد
    27431
  • پديد آورنده

    امير بابائي

  • عنوان
    بررسي عددي انتقال حرارت و افت فشار نانوسيال در محيط متخلخل تركيبي سطوح آبگريز و آبدوست
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك
  • سال تحصيل
    1399-1401
  • تاريخ دفاع
    1401/08/11
  • استاد راهنما
    دكتر حميد صفاري
  • دانشكده
    مهندسي مكانيك
  • چكيده
    در سال‌هاي اخير، وجود تعادل بين نرخ انتقال حرارت و افت فشار به دليل ارتقاي عملكرد، يكي از مهم‌ترين موضوعات در طراحي سيستم‌هاي انتقال حرارت و مورد توجه محققان است. استفاده از نانوسيال‌ها و محيط‌هاي متخلخل از روش‌هاي رايج براي افزايش انتقال حرارت هستند. البته اين روش‌ها علاوه بر افزايش انتقال حرارت، افت فشار را نيز تشديد مي‌كنند. سطوح آبگريز با نواحي حفره‌اي باعث ايجاد شرايط مرزي لغزش در سطح مي‌شوند و در نتيجه افت فشار را كاهش مي‌دهند همچنين سبب افزايش انتقال حرارت نيز مي‌شوند. به اين ترتيب، مطالعه حاضر يك تحقيق عددي سه بعدي را در مورد عملكرد هيدروترمال نانوسيالات آب-اكسيد آلومينيوم/ اكسيد مس و نانوسيال هيبريدي آب/ اكسيد آلومينيوم- اكسيد مس در داخل يك لوله با خم يو شكل به همراه محيط متخلخل با سطوح آبدوست و آبگريز ارائه مي‌كند. براي طيف گسترده‌اي از پارامترهاي حاكم، ارزيابي ها انجام شد. با استفاده از رويكرد حجم محدود، شبيه‌سازي‌ها تحت رژيم جريان آرام انجام گرديد. علاوه بر اين، يك جريان تك فاز براي شبيه سازي جريان نانوسيال اتخاذ شده است. همراه با در نظر گرفتن معادله دارسي-برينكمن-فورچهايمر، براي شبيه سازي جريان سيالات در محيط متخلخل. همچنين، ديواره‌هاي لوله با خم يو شكل داراي شار حرارتي ثابت و يكنواخت به عنوان شرايط مرزي حرارتي هستند. ميانگين عدد ناسلت، كسر حجمي (0٪-5٪)، و معيار ارزيابي عملكرد (PEC) براي انواع اعداد دارسي و دين ارزيابي گرديد. يافته‌هاي كار حاضر با داده‌هاي تجربي مقايسه شد و دقت شبيه‌سازي به دليل تطابق مناسب بين نتايج نظري و تجربي تأييد گرديد. با توجه به نتايج، يك ديوار كاملا آبگريز نسبت به ديواره كاملاً آب دوست و ساير تركيبات آب دوستي و آبگريزي عملكرد هيدروترمال بهتري دارد. بر اساس نتايج، عدد دارسي (1-10-4-10) و افزايش نسبت ضخامت متخلخل مي‌تواند به طور قابل توجهي بر افزايش ضريب انتقال حرارت تأثير بگذارد. به عنوان مثال اعمال محيط متخلخل 60 درصد در قسمت ديوار با عدد دارسي 0.1 به ترتيب باعث افزايش 1285% و 1084% عدد ناسلت و افت فشار مي‌شود همچنين، در همين پيكربندي محيط متخلخل، افزودن نانوسيال اكسيد مس با كسر حجمي 5% در سيال پايه به ترتيب باعث افزايش 5.4% و 25.7% عدد ناسلت و افت فشار مي‌شود. علاوه بر اين، در حالت افزودن نانوسيال اكسيد مس با كسر حجمي 5% در سيال پايه و بدون اعمال محيط متخلخل عدد ناسلت و افت فشار به ترتيب 17.9% و 18.7% افزايش مي‌يابد. لازم به ذكر است كه، در حالت اعمال تخلخل در قسمت ديوار براي همه نانوسيال‌ها، ميانگين عدد ناسلت و افت فشار با افزايش كسر حجمي، الگوي افزايشي را نشان مي‌دهد در حالي كه براي (PEC) روند كاهشي را نشان مي‌دهد. در صورتي كه در حالت اعمال نشدن تخلخل در لوله يو شكل براي همه نانوسيال‌ها، ميانگين عدد ناسلت، افت فشار و (PEC) با افزايش كسر حجمي، الگوي افزايشي را نشان مي‌دهد . همچنين، حداكثر (PEC) در پيكربندي‌هايي مشاهده شد كه يك محيط متخلخل نفوذپذير، را (يعني محيطي با 0.1Da = و0.6rP =) در بر ‌گرفت.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1401/09/09
  • عنوان به انگليسي
    Numerical study of heat transfer and pressure drop of nanofluids in a combined porous media of hydrophobic and hydrophilic surfaces
  • تاريخ بهره برداري
    11/2/2023 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    امير بابائي

  • چكيده به لاتين
    In recent years, the existence of a balance between the heat transfer rate and pressure drop due to performance improvement is one of the most important issues in the design of heat transfer systems and the attention of researchers. The use of nanofluids and porous media are common methods for increasing heat transfer. However, these methods also exacerbate pressure drop in addition to increasing heat transfer. Hydrophobic surfaces with cavity areas cause a slip boundary condition on the surface and so diminishes pressure drop whereas expanding heat transfer. In this way, the present study provides a 3D numerical research on the hydro-thermal performance of water-Al2O3/CuO nanofluids and water/Al2O3-CuO hybrid nanofluid inside a U-bend tube incorporating a porous medium with both hydrophilic and hydrophobic surfaces. To a broad variety of governing parameters, the assessments were done. Applying a finite volume approach, simulations were performed in the laminar flow regime. Furthermore, a single-phase flow is adopted to simulate the nanofluid flow. Taking into consideration the equation of the Darcy-Brinkman-Forchheimer, to simulate the flow of fluids in the porous media. Moreover, the U-bend pipe's walls have steady and uniform heat flux as thermal boundary conditions. For various Darcy and Dean numbers, the average Nusselt number, volume fraction (0% to 5%), and performance eva‎luation criteria (PEC) were eva‎luated. The current study's outcomes were matched to the experimental data and the verity of the simulations is confirmed, owing to the theoretical and experimental results being in good accord. Considering the outcomes, a completely hydrophobic wall has a better hydro-thermal performance than a completely hydrophilic one and other hydrophilicity and hydrophobicity combinations. As well, improvement in heat transfer efficiency is considerably influenced by the Darcy number (10-4-10-1) and the augmentation of the porous thickness ratio. For example, applying porous medium with rp = 0.6 in the wall with a Darcy number of 0.1 increases the Nusselt number and pressure drop by 1285% and 1084%, respectively. In addition, in the case of adding copper oxide nano particles with a volume fraction of 5% in the base fluid and without applying the porous medium, the Nusselt number and pressure drop increase by 17.9% and 18.7%, respectively. Also, in the same configuration of the porous medium, adding copper oxide nanofluid with a volume fraction of 5% in the base fluid. It increases the Nusselt number and pressure drop by 5.4% and 25.7%, respectively. Additionally, average Nusselt number and pressure losses for all types of nanofluids show an incremental schema with augmenting volume fraction, while PEC exhibits a reducing pattern. While in the case of not applying porosity in the U-shaped tube for all nanofluids, the average Nusselt number, pressure drop and (PEC) show an increasing pattern with increasing volume fraction. Besides this, structures with permeable porous media or ones with Da = 0.1 and rp = 0.6 present the highest PEC.
  • كليدواژه هاي فارسي
    سطح آبگريز , نانوسيال , محيط متخلخل , بررسي عددي , معيار ارزيابي عملكرد
  • كليدواژه هاي لاتين
    Hydrophobic surface , Nanofluid , Porous media , Numerical investigation , Performance eva‎luation criterion (PEC)
  • Author
    amir babaei
  • SuperVisor
    hamid saffari