مطالعه عددی اثر انتقال نانو ذرات در جریان جابجایی ترکیبی نانو سیال در حفره دو بعدی با درپوش متحرک با خواص متغیر

چکیده میدان جریان، انتقال حرارت و انتقال ذرات در جابجایی ترکیبی نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم با فرض مخلوط دوفازی در محفظه مربعی با درپوش متحرک مدل سازی و بصورت عددی مطالعه شده است. دیوار سمت چپ و راست محفظه به ترتیب گرم و سرد، دیوار پایین عایق و دیوار بالا عایق و متحرک به سمت راست است. معادلات حاکم با شرایط مرزی معین با استفاده از روش حجم محدود حل شده اند. برای گسسته سازی جملات پخش از طرح تفاضل مرکزی و جملات جابجایی از طرح پیوندی استفاده شده و ارتباط میدان سرعت و فشار با استفاده از الگوریتم سیمپلر برقرار شده است. برای خواص ترموفیزیکی نانوسیال شامل هدایت حرارتی، ویسکوزیته، چگالی و ضریب انبساط حرارتی مدل های مناسبی منطبق با داده های تجربی بصورت وابسته به دما انتخاب شده است. مکانیزم های انتقال نانوذرات شامل ترموفرسیس و نفوذ براونی که سبب عدم یکنواختی غلظت نانوسیال می شود، تحت عنوان مدل انتقال نانوذرات در نظر گرفته شده و نشان داده شده است که مدل انتقال نسبت به مدل همگن با خواص برگرفته از نتایج تجربی، تطابق بهتری با نتایج تجربی دارد. اثر دوفور یعنی شار متقابل ترموفرسیس، معرفی و بصورت عددی و تحلیلی اثر آن بر انتقال حرارت بررسی شده است. با توجه به تابعیت خواص به کسر حجمی و دما و وابستگی جریان جابجایی ترکیبی به اعداد بی بعد نظیر رینولدز، ریچاردسون و اختلاف دمای دیوار گرم و سرد، جریان جابجایی ترکیبی برای شرایط مختلف کسر حجمی در محدوده 0 تا 04/0، رینولدز در محدوده 1/0 تا 300 و ریچاردسون در محدوده 1/0 تا 100 شبیه سازی شده است. سپس تاثیر وجود و عدم وجود مکانیزم های انتقال بر نحوه تغییر خواص ترموفیزیکی در مدل وابسته به دما بررسی شده است. بر اساس نتایج بدست آمده مشاهده شده است که افزایش کسر حجمی نانو ذرات در صورتی که سایر شرایط ثابت باشند، منجر به افزایش انتقال حرارت می شود و مدل انتقال نسبت به مدل همگن افزایش بیشتری را پیش بینی می کند. با افزایش رینولدز میزان انتقال حرارت بالا می رود، ولی با افزایش هرچه بیشتر رینولدز اختلاف دو مدل انتقال و همگن در میزان انتقال حرارت کمتر می شود. با افزایش ریچاردسون و به تبع آن افزایش اختلاف دما، هر دو مدل انتقال نانوذرات و مدل همگن، افزایش میزان انتقال حرارت را پیش بینی می کنند؛ به صورتی که با افزایش عدد ریچاردسون میزان اختلاف دو مدل انتقال و همگن کاهش می یابد. در مورد نحوه توزیع ذرات، افزایش کسر حجمی سبب کاهش اختلاف بین کسر حجمی بیشینه و کمینه نسبت به غلظت متوسط نانوذرات و افزایش اختلاف دما سبب عدم یکنواختی هر چه بیشتر غلظت می شود. افزایش قطر نانوذرات سبب کاهش ناچیز میزان انتقال حرارت در مدل همگن و افزایش ناچیز میزان انتقال حرارت در مدل انتقال می شود و با افزایش قطر، اختلاف عدد ناسلت حاصله از دو مدل همگن و انتقال ذرات افزایش می یابد.