بررسی اثر زاویه شیب و نسبت مشخصه بر ضریب انتقال حرارت جابجایی آزاد نانو سیالات نیوتنی در یک محفظه بسته استوانه ای

اهمیت انتقال حرارت در صنایع، همواره نیروی محرکی برای بهبود روش های انتقال حرارت و استفاده بهینه از آن بوده است. در دهه اخیر که تکنولوژی، راه ساخت نانوذرات را فراهم کرده، نانوسیالات به عنوان گزینه جدید برای انتقال حرارت مطرح هستند. بحث انتقال حرارت جابجائی آزاد در نانوسیال، توسط محققان مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مختلفی در نشریات ارزیابی شده اند. آنچه که از مقایسه نتایج منتشر شده در نشریات حاصل می شود این است که نتایج همخوانی چندانی با یکدیگر ندارند. به طوری که بعضی از این نتایج افزایش انتقال حرارت و برخی دیگر کاهش آن را در نانوسیال نسبت به سیال پایه پیش بینی می کنند. بنابراین به نظر می رسد تحقیق و بررسی بیشتر در این زمینه دارای توجیه منطقی باشد. در این تحقیق اثر زاویه شیب و نسبت مشخصه بر روی انتقال حرارت جابجایی آزاد نانو سیالات آب -اکسید آلومینیم و آب-اکسید تیتانیم بررسی شد. غلظت نانو سیالات به کار رفته در آزمایشات 1/0، 2/0، 5/0، 1 و 5/1 درصد حجمی می باشد که این نانو سیالات به روش دو مرحله ای تهیه شدند. در این تحقیق از استوانه ای به قطر 8 سانتی متر با ارتفاع متغیر برای بررسی نسبت مشخصه (نسبت ارتفاع به قطر) استفاده شد. در آزمایشات انجام شده نسبت مشخصه های 5/0، 1 و 5/1 برای غلظت 2/0 نانوسیال آب -اکسید آلومینیم و غلظت 1/0 نانوسیال آب - اکسید تیتانیم بررسی شد. سطح پایینی محفظه استوانه ای مورد آزمایش تحت فلاکس حرارتی ثابت قرار گرفته و سطح بالایی آن توسط حمام آب سرد در دمای ثابت نگه داشته می شد. ضمناٌ به منظور جلوگیری از انتقال حرارت از طریق دیواره های استوانه با محیط پیرامون، جداره جانبی محفظه عایق بود. برای تمام غلظت های آزمایش شده، زاویه شیب بر روی ضریب انتقال حرارت جابجایی آزاد در غلظت های بالا بیشتر تأثیرگذار بود. با تغییر زاویه شیب از 0 درجه تا 90 درجه، عدد ناسلت افزایش یافته و پس از رسیدن به یک مقدار بیشینه کاهش می یابد. برای همه غلظت های آزمایش شده، ضریب انتقال حرارت جابجایی آزاد در زاویه شیب 30 درجه بیشینه شد. این روند در تمام غلظت های نانوسیال مشاهده شد ولی در غلظت های بالاتر تشدید شده است. استفاده از غلظت های بالاتر از 0/1 درصد حجمی نانو ذرات اکسید آلومینیم باعث کاهش ضریب انتقال حرارت جابجایی آزاد شد. در تمام محدوده اعداد ریلی بررسی شده، این روند کاهش ضریب انتقال حرارت مشاهده شد. نتایج آزمایشات برای نانوسیال آب اکسید تیتانیم نیز نشان داد که زاویه شیب بر روی انتقال حرارت جابجایی طبیعی تأثیر گذار است. روند تغییرات انتقال حرارت به غلظت نانو ذرات اکسید تیتانیم بستگی دارد. به طوری که برای غلظت-های کمتر از 5/0 درصد حجمی از نانوذرات اکسید تیتانیم، با افزایش زاویه شیب از 0 تا 90 درجه انتقال حرارت افزایش یافت و پس از رسیدن به یک مقدار بیشینه انتقال حرارت کاهش یافت. برای نانوسیال آب-اکسیدتیتانیم در زاویه شیب 30 درجه انتقال حرارت جابجایی آزاد بیشینه شد. ولی در غلظت های بالاتر از 5/0 درصد حجمی، زاویه شیب بر روی انتقال حرارت تأثیر کمتری داشت. این روند در تمام اعداد ریلی بررسی شده مشاهده شد.