بررسی آزمایشگاهی و مدل سازی انتقال حرارت نانوسیالات

هدایت حرارتی سیالات انتقال حرارت معمول پایین است. اولین بار چوی در سال 1995 اصطلاح نانو سیال را برای گروه جدیدی از سوسپانسیونهای جامد/مایع که در آنها مقادیر بسیار کمی از نانوذرات به صورت یکنواخت و پایدار در مایع معلق شده اند، پیشنهاد کرد. هدف از تحقیق حاضر، بررسی آزمایشگاهی عملکرد نانوسیالات و ارائه مدل مناسب به منظور پیش بینی ضرائب انتقال حرارت در آنها است. نتایج به دست آمده نشان می دهد ضرائب انتقال حرارت نانوسیالات نسبت به سیالات پایه (در همه کسرهای حجمی و دماها) عموماً بالاتر است. با این حال، هدایت حرارتی نانوسیالات در دماهای بالاتر، بهبود بیشتری نشان می دهد ولی ضریب انتقال حرارت جابه جایی در دماهای پایین تر افزایش بیشتری را نشان می دهد. با استفاده از طراحی آزمایشها، اثر عوامل متعددی روی هدایت حرارتی و پایداری نانوسیالات آب/نانولوله کربنی بررسی شده و شرایط بهینه تولید و استفاده از این نانوسیالات پیشنهاد شده است. نقش حرکت و ارتعاش نانوذرات در هدایت حرارتی با استفاده از یک مبنای تئوری قابل قبول برآورد شده و نشان داده شده که در مقایسه با هدایت حرارتی سیال پایه قابل صرف نظر هستند. یک مدل تئوری با استفاده از ایده مقاومتها برای برآورد هدایت حرارتی سوسپانسیونها (اعم از نانوسیالات یا سوسپانسیونهای حاوی میکروذرات) پیشنهاد شده که مقایسه نتایج مدل برای سوسپانسیونهای حاوی میکروذرات با نتایج مدل ماکسول که برای این نوع سوسپانسیونها پیش بینی قابل قبولی دارد، درستی مدل را تأیید می کند. پارامتر تعیین کننده در مدل پیشنهاد شده، فاصله بین ذرات است که در مورد سوسپانسیونهای حاوی میکرو ذرات با استفاده از قطر موثر و در مورد نانوسیالات با استفاده از تئوری حرکت براونی تخمین زده می شود. مقایسه با داده های آزمایشگاهی به دست آمده در این کار و نیز داده-های منتشر شده در مراجع دیگر نشان می دهد مدل پیشنهاد شده با استفاده از قطر موثر و مسیر پویش آزاد براونی، در اکثر موارد می تواند به ترتیب حدود پایین و بالای هدایت حرارتی نانوسیالات را به دست دهد. یک مدل ساده با ضرب کردن یک پارامتر قابل تنظیم در مقدار به دست آمده فاصله بین ذرات از تئوری حرکت براونی، پیشنهاد شده و مقایسه با داده های آزمایشگاهی درستی مدل را تأیید می کند. پروفایل سرعت و دمای نانوسیال، در جریان متلاطم توسعه یافته کامل، با سیال پایه مقایسه شده است. طبق نتایج به دست آمده، عامل تعیین کننده تغییر انتقال حرارت جابه جایی نانوسیالات در مقایسه با سیالات پایه، شکل پروفایل دما می باشد. در عین حال، شکل پروفایل سرعت نانوسیالات در شرایط متلاطم توسعه یافته مانند سیالات پایه است و به همین دلیل افزایش افت فشار آنها صرفاً به تغییر خواص نانوسیالات در مقایسه با سیالات پایه مربوط می شود.