تحقیق انتقال حرارت

توضیحات

 عنوان فارسی: انتقال حرارت

• بررسی عددی انتقال حرارت طبیعی و ترکیبی بین استوانه‌های گرمایی در محفظه‌های آدیاباتیک حاوی نانوسیال
• بررسی عددی جابجایی طبیعی نانوسیال در داخل یک حفره‌ی مربعی شکل حاوی مانع گرمایی با استفاده از روش شبکه‌ی بولتزمن
• بررسی عددی انتقال حرارت جابجایی طبیعی در داخل مبدل حرارتی حاوی نانوسیال
• تأثیر خواص متغییر نانوسیال بر جابجایی طبیعی در محفظه‌ها
• بررسی انتقال حرارت و تولید انتروپی یک نانوسیال غیرنیوتنی در یک محیط متخلخل
• بررسی عددی جریان جابجایی طبیعی در یک حفره با استفاده از نانوسیال‌های غیرنیوتنی
• پیشنهادات جهت ادامه‌ی کار
• مراجع

– بررسی عددی انتقال حرارت طبیعی و ترکیبی بین استوانه‌های گرمایی در محفظه‌های آدیاباتیک حاوی نانوسیال

گاروسی و حسین‌نژاد ]1[، جابجایی طبیعی و ترکیبی را در محفظه‌های آدیاباتیک که هر کدام دارای چندین استوانه‌ی گرم و سرد بودند، ‌به‌صورت عددی بررسی کردند. درون این محفظه‌های آدیاباتیک، نانوسیال‌های متنوعی مثل آب- مس، آب-آلومینیوم اکسید و آب-تیتانیوم قرار گرفته که هر کدام از این نوع نانوذره‌ها دارای قطرهای متفاوتی می‌باشند که در این پژوهش، محققین قطر نانوذره را در هر کسر حجمی ذکر کرده‌اند و در محاسبات خود این محدوده را بین 25 الی 145 نانومتر در نظر گرفته‌اند.

در این تحقیق، اثرات پارامترهایی همچون، موقعیت و تعداد استوانه‌های سرد و گرم، عدد رایلی، عدد ریچاردسون و کسر حجمی بر روی مشخصه‌های انتقال حرارت و خطوط جریان بررسی شده است. تعداد شکل‌های مختلفی در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته است که هر کدام از شکل‌ها دارای نسبت ابعادی متغییر هستند و از تعداد استوانه‌های گرم و سرد گوناگونی که محل قرارگیری آنها نیز مختلف است، تشکیل شده‌اند. در پژوهش این شکل‌ها براساس نسبت ابعادی به حالت 1 تا 4 تقسیم‌بندی شده‌اند.

برای شبیه‌سازی نانوسیالات روش‌های متعددی وجود دارد، در این مطالعه از روش تک‌فازی استفاده شده است. برای تأثیر دادن قطر نانوذارت به داخل معادلات، از رابطه‌ای برای ویسکوزیته‌ی مؤثر بهره گرفته شده است که تابعی از قطر نانوذره و کسر حجمی است. این معادلات با استفاده از روش تکراری سیمپل حل گردیده‌اند.

شکل 4 و 5 اثر عدد رایلی و تعداد استوانه‌های سرد را بر روی خطوط جریان و هم‌دما برای حالتی که نسبت ابعادی سبب تبدیل شدن شکل ‌به حفره گردیده است، را نشان می‌دهد. در داخل این حفره، نانوسیال آب- مس قرار گرفته است و نتایج برای سیال خالص و نانوسیال با کسر حجی 05/0 به‌دست آمده است. مشاهده می‌گردد که با افزایش عدد رایلی و کسر حجمی، تراکم خطوط جریان و هم‌دما افزایش می‌یابد. با افزایش عدد رایلی، نیروی شناوری زیاد می‌گردد و این مسئله سبب ترکم خطوط می‌شود.

شکل 6 عدد ناسلت میانگین را برای کسرهای حجمی و اعداد رایلی مختلف نشان می‌دهد. این عدد برای سه نانوذره متفاوت ذکر گردیده است. مشاهده می‌شود که که در همه‌ی اعداد رایلی، نانوذره نیتانیوم اکسید که دارای بیشترین قطر نانوذره است، عدد ناسلت میانگین بیشتری دارد. چون افزایش قطر نانوذره سبب افزایش ویسکوزیته‌ی مؤثر شده و این افزایش سبب متراکم شدن خطوط جریان و دما گردیده و هر چقدر تراکم خطوط دما در نزدیکی‌های دیواره افزایش پیدا کند، عدد ناسلت میانگین نیز افزایش پیدا می‌کند. عدد ناسلت میانگین با افزایش کسر حجمی و عدد رایلی نیز افزایش پیدا کرده است که این افزایش برای کسر حجمی 05/0 نمود بیشتری دارد.

از آنجایی که در شکل‌های بعدی به همین دو مورد یعنی عدد ناسلت میانگین و خطوط جریان و دما برای هندسه‌های دیگر اشاره شده است، از ذکر جزئیات آنها خودداری می‌گردد و فقط به نتایج زیر که برای همه‌ی هندسه‌ها صادق است، اشاره می‌گردد:

الف) نتایج نشان می‌دهد که با تغییر دادن موقعیت استوانه‌های سرد از حالت عمودی به افقی، عدد ناسلت میانگین کاهش پیدا می‌کند.

ب) زمانی که استوانه‌ی گرم پایین‌تر از استوانه‌ی سرد قرار بگیرد، در عدد رایلی بالا بهترین شیوه‌ی آرایش استوانه‌ها در محفظه خواهد بود.

ج) در اعداد رایلی پایین، عملکرد گرمایی نانوسیال، کاملا تحت تأثیر نوع نانوسیال است اما در اعداد رایلی بالا، جابجایی غالب است و انتقال حرارت با تغییر دادن نوع نانوسیال تغییر چندانی پیدا نمی‌کند.

د) در همه‌ی اعداد رایلی با افزایش کسر حجمی، مقدار تابع جریان کاهش پیدا می‌کند.

ه) در اعداد رایلی بالا، با افزایش تعداد استوانه‌های سرد، نرخ انتقال حرارت افزایش پیدا می‌کند.

محققین برای اعتبارسنجی نتایج از پژوهشی بهره گرفته‌اند که در آن اصلا نانوسیال وجود ندارد و فقط هندسه خود را با آن نتایج اعتبارسنجی کرده‌اند و خطوط جریان و هم‌دما را برای یک عدد رایلی مشخص با نتایج سایر محققین نشان داده‌اند که نتایج دو پژوهش دارای شباهت قابل قبولی می‌باشند. اما از معایب این پژوهش می‌توان به همین اعتبارسنجی اشاره کرد. چون عملا نانوسیال اعتبارسنجی نشده است و معلوم نیست که ایا روابط هدایت حرارتی و ویسکوزیته مؤثر به درستی در کد محاسباتی اعمال شده است یا خیر؟ از نکات کلیدی پژوهش نیز می‌توان به تأثیر دادن قطر نانوذرات به داخل معادلات اشاره کرد که سبب شناسایی بهترین نانوذره برای انجام محاسبات گردیده است.

2- بررسی عددی جابجایی طبیعی نانوسیال در داخل یک حفره‌ی مربعی شکل حاوی مانع گرمایی با استفاده از روش شبکه‌ی بولتزمن

رحمتی و طاهری ]2[ برای اولین بار جابجایی طبیعی آرام نانوسیال آب- تیتانیوم اکسید را در داخل یک حفره که دارای موانع گرمایی بود، با استفاده از روش شبکه بولتزمن شبیه‌سازی کردند. اثر عدد رایلی، ابعاد مانع، کسر حجمی نانوسیالات، ابعاد حفره، نسبت سطح و اثر مدل‌های متنوع هدایت حرارتی و ویسکوزیته‌ی مؤثر بر روی عدد ناسلت میانگین و انتقال حرارت بر روی مانع گرم محفظه، اندازه‌‌گیری و بررسی شده است.

برای شبیه‌سازی نانوسیالات سه روش عمده‌ی تک‌فازی، دو‌فازی و روش شبکه بولتزمن وجود دارد. روش‌های دوفازی خود به مدل‌های متنوعی نظیر اویلری-اویلری، مخلوط و اویلری-لاگرانژی تقسیم می‌شوند که عموما نتایج دقیق‌تری دارند. در این پژوهش، روش شبکه بولتزمن ذکر شده برپایه‌ی روش تک‌فازی توسعه داده شده است.

محققین در این پژوهش برای به‌دست آوردن ویسکوزیته‌ی مؤثر از دو مدل برینکمن و مدل وانگ (مدلی که توسط مایگا ارائه شده است)، استفاده کرده‌اند. بسیاری از پژوهش‌ها عقیده دارند که مدل برینکمن، ویسکوزیته را بسیار پایین‌تر از مقدار واقعی پیش‌بینی می‌کند؛ لذا مایگا براساس تحقیقات آزمایشگاهی خود مدلی را ارائه کرده است که فقط تابعی از کسر حجمی و ویسکوزیته سیال پایه است. دو مدل ماکسول و همیلتون- کراسر نیز برای هدایت حرارتی نانوسیال‌ها استفاده شده است. این دو مدل برای ذرات کروی شکل، بسیار نتایج مطلوبی ارائه می‌دهند.

در این پژوهش برای ارزیابی تأثیرات عدد رایلی، کسر حجمی برابر با 04/0 و ابعاد مانع برابر با 2/0 در نظر گرفته شده است. در شکل 4 با افزایش عدد رایلی، خطوط جریان در داخل حفره به هم نزدیک‌تر شده‌اند. همچنین در شکل 5 که خطوط هم‌دما را نشان داده است، با افزایش عدد رایلی، جابجایی بیشتر شده و موقعیت خطوط از حالت عمودی به افقی تغییر پیدا کرده است. گرادیان دما در نزدکی دیواره بیشتر شده است. با توجه به شکل 6 ملاحظه می‌گردد که با افزایش عدد رایلی، عدد ناسلت میانگین در سمت راست دیواره زیاد شده است که این افزایش به دلیل بیشتر شدن سهم حالت جابجایی در داخل حفره است.

شکل 7 و 8 تأثیرات کسر حجمی را بر روی خطوط جریان و هم‌دما نشان می‌دهد. در این دو شکل عدد رایلی 10⁶ و ابعاد مانع L2/0 در نظر گرفته شده است که (L طول حفره است). همانطور که در شکل 7 ملاحظه می‌گردد با افزایش کسر حجمی نانوذرات، خطوط جریان قوی‌تر شده است. در شکل 8 نیز با افزایش کسر حجمی نانوذرات، گرادیان دما در نزدیکی دیواره‌ها رشد پیدا کرده است. در شکل 9، تغییرات عدد ناسلت میانگین، با کسر حجمی رابطه‌ی مستقیم دارد.

با در نظر گرفتن عدد رایلی 10⁶ و کسر حجمی 04/0، تأثیرات ابعاد مانع در داخل حفره بررسی شده است. در شکل 12 و 13 با دو برابر کردن طول و عرض مانع، تراکم خطوط جریان و گرادیان دما بیشتر می‌گردد. جدول 5، تأثیر طول و عرض مانع را بر روی عدد ناسلت میانگین بر روی دیواره‌ی راست حفره نشان می‌دهد.

شکل 14 و 15 تأثیر اضافه کردن طول حفره بر خطوط جریان و دما را مشخص کرده است. در این شکل‌ها عدد رایلی و کسر حجمی ثابت در نظر گرفته شده است. این شکل‌ها شامل دو قسمت الف و ب است که در قسمت الف، ابعاد حفره یکسان است و حفره مربع فرض شده است، اما در قسمت ب، طول حفره دو برابر عرض آن است. در شکل 14، خطوط جریان در حفره مربعی شکل، قوی‌تر از حفره افقی شکل است اما در شکل 15 ملاحظه می‌گردد که گرادیان دما در حالت افقی قوی‌تر از حالت حفره مربعی شکل است. همین نتایج این‌بار در شکل 16 و 17 با تغییر دادن عرض حفره ایجاد گردیده است. در شکل 16، که حفره در حالت عمودی قرار دارد، خطوط جریان به دو قسمت راست و چپ تقسیم شده‌اند. در شکل 17، گرادیان دما در حالت عمودی کمتر از حالت حفره‌ی مربعی شکل است.

با بررسی همه‌ی شکل‌ها، نتایج کلی زیر حاصل می‌گردد:

1- با افزایش کسر حجمی در یک رایلی ثابت، عدد ناسلت میانگین بر روی دیواره‌ی سرد افزایش می‌یابد.

2- در یک کسر حجمی ثابت، با افزایش عدد رایلی، عدد ناسلت میانگین بر روی دیواره‌های سرد زیاد می‌شود.

3- با افزایش نسبت ابعادی مانع، عدد ناسلت میانگین در نصف حفره افزایش یافته و سپس کاهش پیدا می‌کند. بنابراین می‌توان گفت بهترین مکان قرارگیری مانع در وسط حفره است.

4- با افزایش طول و عرض مانع، عدد ناسلت میانگین زیاد شده است.

5- با کاهش نسبت سطح، ضرایب شکل افزایش یافته و عدد ناسلت میانگین کم می‌گردد.

6- با دو برابر کردن طول و عرض حفره، عدد ناسلت میانگین به ترتیب زیاد و کم می‌گردد.

7- در مدل همیلتون-کراسر که برای محاسبه‌ی هدایت گرمایی مؤثر استفاده شده است، وقتی که نسبت سطح، یک است و کسر حجمی و عدد رایلی ثابت است، عدد ناسلت میانگین به‌دست آمده تقریبا برابر با عدد ناست در مدل ماکسول است؛ با کاهش نسبت سطح، ضرایب شکل و عدد ناسلت میانگین افزایش پیدا می‌کنند.

8- در مدل وانگ که ویسکوزیته‌ی مؤثر نانوسیال با استفاده از آن محاسبه گردیده است، عدد ناسلت میانگین در یک کسر حجمی و عدد رایلی ثابت، کمتر از عدد ناسلت مدل برینکمن است. بنابراین نتایج این دو مدل کاملا از هم دور است و اختلافی حدود 2/5% دارند.

9- روش شبکه‌ی بولتزمن یک روش مناسب و مطمئن برای محاسبه‌ی جریان و انتقال حرارت است.

از نقاط ضعف این پژوهش می‌توان به نداشتن توضیح علمی برای نتایج به‌دست آمده اشاره کرد. در سراسر پژوهش، فقط به اضافه و کم شدن عدد ناسلت تحت شرایط متعدد اشاره شده و هیچ‌گونه دلیلی برای نتایج آورده نشده است. این افزایش و کم شدن هم به‌صورت کمی بیان شده است، یعنی مشخص نیست که افزایش کسر حجمی به چه میزان عدد ناسلت را زیاد کرده است. متاسفانه بسیاری از روابط و ارجاعات موجود در متن نیز نادرست است و نمی‌تواند به‌عنوان پژوهشی جهت استفاده سایرین مورد بهره‌برداری قرار بگیرد. ذکر این نکته نیز حائز اهمیت است که صرف عوض کردن هندسه جزء نوآوری پژوهش حساب نمی‌گردد. محققین در این پژوهش ذکر کرده‌اند که اولین‌بار است که با استفاده از روش شبکه بولتزمن نانوسیال آب- تیتانیوم اکسید شبیه‌سازی شده است. در حالی‌که پژوهش‌های متعددی با استفاده از این روش برای نانوسیالات متفاوت انجام گرفته است و در این پژوهش فقط یک مانع در داخل حفره قرار گرفته است و محاسبات و نتایج فقط باز تولید گردیده است.

 توجه:

• برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
• لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.

سفارش تحقیق

به منظور سفارش تحقیق مرتبط با رشته تخصصی خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.

سفارش تحقیق