بررسی انتقال حرارت جابجایی نانوسیال در جریان آرام درون لوله و ارائه مدلی برای ضریب هدایت حرارتی نانوسیال

یکی از مسائلی که امروزه در فرآیندهای انتقال حرارت مطرح است، نیاز به انتقال حرارت با شدت بالا در زمان کوتاه است. نانوسیالات گروه جدیدی از سیالات هستند که از پخش ذرات بسیار ریز در ابعاد نانو درون سیال­های انتقال حرارتی متداول نظیر آب، اتیلن گلیکول و روغن موتور بدست می­آیند. از آنجا که این سوسپانسیون­ها پتانسیل زیادی برای افزایش انتقال حرارت از خود نشان می­دهند، در کانون توجه و مطالعه محققان قرار گرفته اند. مطالعه حاضر را می­توان به دو بخش کلی تقسیم کرد. بخش اول به ارائه مدلی برای ضریب هدایت حرارتی موثر نانوسیالات می­پردازد. فرض­های اساسی در گسترش مدل پیشنهادی، وجود لایه­ی بین سطحی در سطح مشترک ذره سیال و هم­چنین توزیع غیر یکنواخت اندازه­ی نانوذرات معلق درون سیال است. مدل ارائه شده در مطالعه حاضر شامل اثرات ضریب هدایت حرارتی نانو ذره، ضریب هدایت حرارتی سیال پایه، اندازه نانو ذرات، درصد حجمی هر جزء، لایه بین سطحی، دما و حرکت برآونی می­باشد. در این مطالعه با فرض وجود لایه بین سطحی، ذرات را بصورت نانو ذرات مرکب در نظر می­گیریم. براساس توزیع فرکتال اندازه ذرات، یک مدل احتمالی برای اندازه نانو ذرات در نظر گرفته شده است. ضریب هدایت حرارتی نانوسیال در این مدل به کمک یک روش عددی- تحلیلی بدست می­آید. نتایج بدست آمده از مدل پیشنهادی با اطلاعات آزمایشگاهی موجود و نتایج سایر مدل­ها مقایسه شده است. بررسی­ها نشان می­دهد که نتایج مدل پیشنهادی تطابق خوبی با داده­های آزمایشگاهی داشته و نتایج مناسب­تری نسبت به سایر مدل­ها ارائه می­کند. نتایج بدست آمده نشان می­دهد که ضریب هدایت حرارتی موثر نانو سیال با افزایش درصد حجمی و کاهش اندازه متوسط نانوذرات افزایش می­یابد. مدل سازی عددی جریان آرام نانوسیال درون لوله با شرط مرزی دمای ثابت دیواره، در بخش دوم انجام شده است. معادلات حاکم با استفاده از روش حجم محدود گسسته شده­است. در این بخش از نتایج حاصل از بخش اول برای ضریب هدایت حرارتی نانوسیال استفاده شده است. به منظور بررسی صحت نتایج بدست آمده، نتایج مدلسازی برای آب خالص، با نتایج تئوری و نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج حاکی از این است که ضریب انتقال حرارت جابجایی و عدد ناسلت در جریان نانوسیال با افزایش درصد حجمی نانو ذرات و نیز افزایش عدد رینولدز، افزایش می­یابد. کلمات کلیدی: نانوسیال ، نانوذره، ضریب هدایت حرارتی موثر، کسر حجمی، لایه بین سطحی، بعد فرکتال، ضریب انتقال حرارت جابجایی، عدد ناسلت.