مدل‌سازی و بیشینه‌سازی انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی در محفظه بسته پرشده با نانوسیال

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 4، دوره 10، شماره 1، خرداد 1395، صفحه 23-41   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

محمود صبور¹؛ محمد قلم‌باز^{* 2}

¹دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران

²استادیار مهندسی مکانیک، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران

چکیده

در پژوهش حاضر، یک محفظه بسته چهارضلعی با هدف بیشینه‌سازی میزان انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی سیال خالص و نانوسیال‌های متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم بر مبنای سیال پایه به شکل بی‌بعد خود منتقل و با استفاده از روش المان محدود حل شدند. با بهره‌گیری از نتیجه‌های آزمایشگاهی موجود در پیشینه پژوهش و به‌منظور بررسی جامع رفتار حرارتی نانوسیال ها، دو عامل بی‌بعد جدید، یعنی عامل رسانش حرارتی (Nc) و عامل لزجت دینامیک (Nv) تعریف شده‌اند. عامل‌های یاد شده به جنس نانوذرات و سیال پایه، اندازه و شکل نانوذرات و دمای کارکرد نانوسیال بستگی دارند. استفاده از نانوذرات درون سیال پایه، باعث افزایش رسانایی حرارتی سیال عامل شده که در نتیجه آن امکان افزایش انتقال حرارت فراهم می‌شود. از طرفی بهینه‌سازی محفظه بسته نیز به تقویت هرچه بیشتر انتقال حرارت کمک شایانی می‌کند. به‌منظور بهینه‌سازی هندسی، دو عامل نسبت متناظر (نسبت ارتفاع به طول محفظه) و زاویه انحراف به‌عنوان متغیرهای بهینه‌سازی در نظر گرفته شده‌اند. بررسی‌ها برای اعداد رایلی گوناگون و کسرهای حجمی متفاوتی از نانوذرات به انجام رسیده است. نتیجه‌ها نشان می‌دهند که با افزایش عدد رایلی، از یک طرف محفظه بهینه باریک‌تر (افزایش نسبت متناظر) خواهد شد و از طرف دیگر زاویه انحراف محفظه نیز کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

انتقال حرارت جابه‌جایی طبیعی؛ نانوذرات؛ رسانایی حرارتی؛ محفظه بسته چهارضلعی؛ بهینه‌سازی هندسی

مراجع

[1] Bejan, A.; Int. J. Heat Mass Transfer, 23, 723-726, 1980.
[2] افشاری، نازنین؛ نیک آذر، منوچهر؛ کیارستمی، وحید؛ فصل نامه پژوهش‌های کاربردی در شیمی، شماره 3، 83-75، پاییز 1393.
[3] صادق حسنی، صدیقه؛ افضلی، جمال الدین؛ رشیدی، علیمراد؛ فصل نامه پژوهش‌های کاربردی در شیمی، شماره 1، 48-41، بهار 1393.
[4] ایزدیاری، آزاده؛ اکبرزاده، عظیم؛ وزیری، سید علی؛ علوی، ابوالحسن؛ عطار، حسین؛ فصل نامه پژوهش‌های کاربردی در شیمی، شماره 2، 51-45، تابستان 1393.
[5] Choi, US; ASME Fluids Engineering Division, 231, 99–105.
[6] Khanafer, K.; Vafai, K.; and Lightstone, M.; Int. J. Heat Mass Transfer, 46, 3639-3653, 2003.
[7] Kehveci, K.; J. Heat Transfer, 132, 062501, 2010.
[8] Jang, S.P.; and Choi, S.U.S.; Proceeding of IMECE04, Anaheim, California, USA, 1-4, 2004.
[9] Jou, R.Y.; and Tzeng, S.C.; Int Commun Heat Mass, 33, 727-36, 2006.
[10] Ho, C.J.; Chen, M.W.; and Li, Z.W.; Int. J. Heat Mass Transfer, 51, 4506-16, 2008.
[11] Ghalambaz, M.; Noghrehabadi, A.; and Ghanbarzadeh, A.; Braz J Chem Eng, 31, 413-427, 2014.
[12] Zaraki, A.; Ghalambaz, M.; Chamkha, J.A.; Ghalambaz, M.; and De Rossi, D.; Adv Powder Technol, 26, 935-946, 2015.
[13] Ho, C.J., Liu, W.K.; Chang, Y.S.; and Lin, C.C.; Int J Therm Sci, 49, 1345-53, 2010.
[14] Oztop, H.F.; and Abu-Nada, E.; Int J Heat Fluid Fl, 29, 1326-36, 2008.
[15] Kefayati, G.H.R.; Hosseinizadeh, S.F.; Gorji, M.; and Sajjadi, H.; Int J Therm Sci, 52, 91-101, 2012.
[16] Hussain, S.; and Hussein, A.; J. Heat Transfer, 136: 082502, 2014.
[17] Hyun, J.M.; and Choi, B.S.; Int J Heat Fluid Fl, 11, 2-18, 1990.
[18] Garcia de Maria, J.M.; Bairi, A.; and Costa, V.A.F.; Int. J. Heat Mass Transfer, 53, 3831-3838, 2010.
[19] Bairi, A.; Zarco-Pernia, E.; and Garcia de Maria, J.M.; Appl Therm Eng, 63, 304-322, 2014.
[20] Sheikholeslami, M.; Gorji-Bandpy, M.; and Vajravelu, K. Int. J. Heat Mass Transfer, 80, 16-25, 2015.
[21] Malvandi, A.; and Ganji, D. D.; Chem Eng Res des, 94, 355-364, 2015.
[22] Sheikholeslami, M.; and Ganji, D. D.; Physica A, 417, 273-286, 2015.
[23] Chamkha, A.; Ismael, M.; Kasaeipoor, A.; and Armaghani, T.; Entropy, 18, 50-68, 2016.
[24]حاجی علی‌گل، نجمه؛ شیخ‌زاده، قنبرعلی؛ ابراهیم‌قمی، معصومه؛ حیدری، رقیه؛ سومین همایش بین المللی مبدل‌های گرمایی در صنایع نفت و انرژی، هم اندیشان انرژی کیمیا، 1390.
[25]شهریاری، علیرضا؛ پایان نامه کارشناسی ارشد تحت عنوان شبیه‌سازی جریان و انتقال حرارت جابجایی طبیعی آرام نانوسیالات به کمک روش شبکه بولتزمن، دانشگاه شهید باهنر کرمان، دانشکده فنی و مهندسی،1390.
[26] مرادی، حمید؛ پایان نامه کارشناسی ارشد تحت عنوان بررسی اثر زاویه شیب و نسبت مشخصه بر ضریب انتقال حرارت جابجایی آزاد نانو سیالات نیوتنی در یک محفظه بسته استوانه ای، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی شیمی، 1390.
[27] Abu-Nada, E.; and Oztop, H.F.; Int J Heat Fluid Fl, 30, 669-78, 2009.
[28] Bouhalleb M.; and Abbasi, H.; I Int J Hydrogen Energ, 39, 15275-15286, 2014.
[29] Basak, T.; Roy, S.; and Balakrishnan, A.R.; Int. J. Heat Mass Transfer, 49, 4525-4535, 2006.
[30] Reddy, J.N.; "An introduction to the finite element method", Graw-Hill, New york, 1993.
[31] Luersen, M.A.; and Le Riche, R.; Computers & structures, 82, 2251-2260, 2004.
[32] Lagarias, J.C.; Reeds, J.A.; Wright, M.H.; and Wright, P.E.; Siam J Optimiz, 9, 1,112-147, 1998.
[33] Conn, A.R.; Scheinberg, K.; and Vicente, L.N.; "Introduction to derivative-free Optimization", Siam J Optimiz, SIAM, 2009.
[34] E. ToolBox "Constant pressure heat capacity of water vs. temperature", Retrieved 2013-1-11, 2013.