مطالعه عددی میدان جریان و انتقال حرارت نانوسیال غیرنیوتنی

در این تحقیق میدان جریان و انتقال حرارت نانوسیال اکسیدآلومینیم – آب با فرض رفتار غیرنیوتنی مبتنی بر مطالعات تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا یافته های تجربی محققین در یک دهه اخیر در مورد رفتار نیوتنی یا غیرنیوتنـی نانوسیالات مختلف، مرور شده است. سپس به تفصیل انواع سیالات غیرنیوتنی و روابط حاکم بر آنها مورد بررسی قرارگرفته است. در ادامه به مدلسازی یک نانوسیال که رفتار غیرنیوتنی آن در آزمایشگاه به اثبات رسیده است پرداخته و میدان جریان و انتقال حرارت داخل یک محفظه مربعی به روش عددی محاسبه شده است. در انتها نتایج حاصل با حالتی که رفتار نانوسیال با فرض نیوتنی بدست آمده، مقایسه شده است. اطلاعات تجربی در مورد نانوسیال آب – اکسید الومینیم از کار هانگ و کیم در سال 2012 گرفته شده است. لزجت نانوسیال در ابتدا و به تدریج با افزایش نرخ برشی کاهش می یابد که این بیانگر رفتار غیرنیوتنی شبه پلاستیک است. برای سه مثال متفاوت با یکسان کردن شرایط آزمایش هانگ و کیم و تحقیق حاضر به بررسی اثر فرض سیال غیرنیوتنی روی پاسخ ها پرداخته شده است. ابتدا به بررسی جریان جابجایی طبیعی درون یک محفظه مربعی پرشده از نانوسیال پرداخته شده است. محدوده شدت برش در جریان جابجایی طبیعی خیلی کمتر از محدوده شدت برش در شرایط مرجع آزمایشگاهی بدست آمد، لذا جهت مطالعه جریانی با محدوده شدت برش هم مرتبه با کار فوق جریان های جابجایی ترکیبی و اجباری درون دو محفظه مربعی مطالعه شد. نتایج حاصل از حل عددی نشان می دهد مقدار عدد ناسلت متوسط نانوسیال غیرنیوتنی مفروض این تحقیق از حالتی که نانوسیال را نیوتنی درنظر گرفته شود پایین تر است. همچنین برای فرض نانوسیال غیرنیوتنی نیروی شناوری اغلب ناچیز و جابجایی اجباری بر جابجایی طبیعی مسلط است. با اضافه کردن نانوذرات، عدد ناسلت متوسط سیال غیرنیوتنی افزایش، اما در نانوسیال نیوتنی بسته به غالب بودن جابجایی طبیعـی یا اجباری در جریان بترتیب کاهش یا افزایـش خواهد یافت. از سوی دیگر در حالیکه در هر عدد گراشف ثابت، افزایش عدد رینولدز، میزان انتقال حرارت را برای هر دو فرض سیال نیوتنی یا غیرنیوتنی افزایش می دهد، در یک اختلاف دمای معین و یک عدد رینولدز ثابت افزایش عدد گراشف در سیال نیوتنی سبب زیاد شدن میزان انتقال حرارت شده اما در سیال غیرنیوتنی عکس این حالت اتفاق می افتد.