شماره ركورد
33861
پديد آورنده
محمدفريد عبدي
عنوان
تحليل جريان و انتقال حرارت جابجايي مختلط آشفته نانوسيال هيبريد درجت برخوردي به صفحه با حضور نانوذرات ماده تغيير فاز دهنده كپسوله شده
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك-تبديل انرژي
سال تحصيل
1401-1404
تاريخ دفاع
1404/06/29
استاد راهنما
فرزاد بازديدي طهراني
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
در پاياننامه حاضر، جريان و انتقال حرارت جابجايي مختلط آشفته در جت برخوردي با حضور نانوسيال حاوي ماده تغيير فاز دهنده، نانوسيال اكسيد فلزي و نانوسيال هيبريد تحت شار حرارت ثابت بررسي شده است. با توجه به مبحث بهبود انتقالحرارت، ذخيره و بهرهوري از آن در كاربردهايي مانند ذخيره انرژي زمين گرمايي، كلكتورهاي خورشيدي و تبادلگرهاي حرارت استفاده از نانوسيال تغييرفاز دهنده كپسوله شده و همچنين نانوسيال هيبريد كه شامل نانوذرات ماده تغيير فاز دهنده كپسوله شده به همراه نانوذرات اكسيد فلزي داراي اهميت است. معادلات بقاء با روش حجم محدود گسستهسازي و حل شدهاند. براي رسيدن به اين هدف ابتدا به نانوسيال از منظر يك سيال تكفاز با خواص ترموفيزيكي متغير نگاه ميشود و سپس مانند يك سوسپانسيون دوفاز شامل سيال پايه و نانو ذرات با آن برخورد ميشود. براي تحليل آشفتگي از رهيافتهاي RANS و رهيافت پيوندي RANS/LES (رهيافت SAS) استفاده شده است. در مقايسه روشهاي تكفاز و دوفاز نشان داده شده است كه اگرچه هردو روش تاثير عدد رينولدز و كسر حجمي نانو ذره را بر ضريب انتقال حرارت جابجايي و عدد ناسلت به درستي پيشبيني ميكند، اما دقت حل روش دوفاز بالاتر است. با افزايش عدد رينولدز، افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي و عدد ناسلت در تمام كسرهاي حجمي رخ خواهد داد. به طور مثال، در كسر حجمي 8/2% از نانوسيال اكسيد فلزي آب و آلومينيوم اكسيد، به اين دليل كه رهيافت معادلات متوسطگيري شده ناوير استوكس قادر به پيشبيني دقيق گردابههاي ايجاد شده و مشخصات جريان آشفته نيست و كاربرد آن براي جريان وابسته به زمان منجر به اطلاعات كافي در مورد جزئيات جريان نميشود. لذا، در بخش دوم از رهيافت پيوندي SAS استفاده شدهاست. نانوذرات تغييرفاز دهنده نسبت به سيال پايه تكفاز (آب) عملكرد حرارتي بهتري را از خود نشان ميدهد و نانوذرات هيبريد شامل نانوذرات ماده تغيير فاز دهنده كپسوله شده عملكرد حرارتي و هيدروديناميكي بهتري در مقايسه با ساير نانوسيالات دارد. نانوسيال 5% و 10% ان اكتادكان موجب بهبود انتقال حرارت به ميزان 89/16% و 78/19% ميشود در حالي كه نانوسيال هيبريد (1% اكسيد مس و 5% ان اكتادكان) و (2% اكسيد مس و 10% ان اكتادكان) به ترتيب به اندازه 24% و 29/52% موجب بهبود انتقال حرارت ميگردد. با افزايش كسر حجمي، ضريب اصطكاك به مقدار اندكي در مقايسه با آب خالص افزايش مييابد. افزايش ضريب اصطكاك براي نانوسيال 5% ان اكتادكان و نانوسيال هيبريد (%1 اكسيد مس و 5% ان اكتادكان) به ترتيب برابر با 26/3% و 87/2 % است. نتايج حاضر نشان ميدهد كه با افزودن نانوذرات به آب خالص تنش برشي رينولدز و شار حرارت آشفته افزايش پيدا ميكند. نتايج مبين اين نكته است كه نانوسيال هيبريد شامل نانوذرات اكسيد مس و نانوذرات تغيير فاز دهنده كپسوله شده به دليل برخوردار بوردن همزمان ضريب هدايت حرارتي و ظرفيت گرمايي ويژه بيشتر عملكرد حرارتي بهتري از نانوسيال شامل فقط نانوذرات كپسوله شده و آب خالص دارد. لذا، نانوسيال هيبريد با نانوذرات ماده تغيير فاز دهنده كپسوله شده انتخاب مناسبي در كاربردهاي ذخيره انرژي حرارتي و انتقال حرارت ميباشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/26
عنوان به انگليسي
Analysis of Turbulent Flow and Mixed Convection of Hybrid Nanofluid in impingement jet with NEPCMs
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمدفريد عبدي
چكيده به لاتين
In this thesis, the flow and heat transfer of turbulent mixed convection in an impinging jet with the presence of nanofluids containing phase change material, metal oxide nanofluids and hybrid nanofluids under constant heat flux are investigated. Considering the topic of improving heat transfer, storage and efficiency in applications such as geothermal energy storage, solar collectors and heat exchangers, the use of encapsulated phase change nanofluids and also hybrid nanofluids containing encapsulated phase change material nanoparticles along with metal oxide nanoparticles is important. The survival equations are discretized and solved using the finite volume method. To achieve this goal, the nanofluid is first viewed from the perspective of a single-phase fluid with variable thermophysical properties and then treated as a two-phase suspension including the base fluid and nanoparticles. RANS and the combined RANS/LES approach (SAS approach) are used to analyze turbulence. In comparing the single-phase and two-phase methods, it has been shown that although both methods correctly predict the effect of Reynolds number and nanoparticle volume fraction on the convective heat transfer coefficient and Nusselt number, the accuracy of the two-phase method is higher. With increasing Reynolds number, the convective heat transfer coefficient and Nusselt number will increase at all volume fractions. For example, at a volume fraction of 2.8% of the metal oxide nanofluid of water and aluminum oxide, because the averaged Navier-Stokes equations approach is unable to accurately predict the generated vortices and turbulent flow characteristics and its application to time-dependent flow does not lead to sufficient information about the flow details. Therefore, in the second part, the SAS coupled approach has been used. Phase change nanoparticles show better thermal performance than single phase base fluid (water) and hybrid nanoparticles including encapsulated phase change material nanoparticles have better thermal and hydrodynamic performance compared to other nanofluids. Nanofluids of 5% and 10% n-octadecane improve heat transfer by 16.89% and 19.78%, while hybrid nanofluids (1% copper oxide and 5% n-octadecane) and (2% copper oxide and 10% n-octadecane) improve heat transfer by 24% and 52.29%, respectively. With increasing volume fraction, the friction coefficient increases slightly compared to pure water. The increase in the friction coefficient for the 5% n-octadecane nanofluid and the hybrid nanofluid (1% copper oxide and 5% n-octadecane) is 3.26% and 2.87%, respectively. The present results show that the Reynolds shear stress and turbulent heat flux increase with the addition of nanoparticles to pure water. The results indicate that the hybrid nanofluid containing copper oxide nanoparticles and encapsulated phase change material nanoparticles has better thermal performance than the nanofluid containing only encapsulated nanoparticles and pure water due to the simultaneous higher thermal conductivity and specific heat capacity. Therefore, the hybrid nanofluid with encapsulated phase change material nanoparticles is a suitable choice in thermal energy storage and heat transfer applications.
كليدواژه هاي فارسي
جت برخوردي , نانوسيال حاوي ماده تغييرفاز دهنده كپسوله شده , جابجايي مختلط , مدلهاي تكفاز و دوفاز , نانوسيال هيبريد , رهيافت شبيهسازي مدلهاي آشفتگي پيوندي
كليدواژه هاي لاتين
impinging jet , nanofluid containing encapsulated phase change material , mixed convection , single-phase and two-phase models , hybrid nanofluid , coupled turbulence model simulation approach
Author
Mohammad Farid Abdi
SuperVisor
Farzad Bazdidi Tehrani