مطالعه ی عددی جریان آشفته ی عبوری در دسته لوله با آرایش شطرنجی با ویژگی های متغیر نانوسیالات

چکیده هدف اصلی این پایان نامه بررسی همزمان جریان آشفته ی عبوری از دسته لوله و استفاده از نانوسیالات، در یک دسته لوله با هندسه ی معین و مشاهده ی رفتار حرارتی و هیدرولیکی جریان، است. هندسه ی مورد بررسی شامل هفت ردیف لوله ی افقی با آرایش شطرنجی و مقطع دایره ای و قطر خارجی "7/21 mm" ، گام طولی "5/22 mm" ، و گام عرضی "45 mm" است. مطالعه ی عددی با استقاده از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی(cfd) fluent صورت گرفته است. مدل سازی جریان به صورت دو بعدی بوده و از معادلات متوسط زمانی ناویر استوکس (rans) با بکارگیری مدل آشفتگی "k-?" realizable در بررسی عددی جریان استفاده شده است. ابتدا شبیه سازی جریان برای جریان آشفته سیال خالص عبوری از دسته لوله جهت اعتبارسنجی و مقایسه ی حل عددی حاضر و کارهای پیشین، صورت گرفته است. سپس جریان آشفته ی عبوری نانوسیالات از دسته لوله مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مطالعه از سه نانوسیال "(cuo," ?"al" ?_"2" "o" _"3" ",ti" "o" _"2" ")" در مخلوط آب و اتیلن گلیکول، با خواص ترموفیزیکی مختلف استفاده شده است. شبیه سازی عددی در سه عدد رینولدز 104×8/1،104×3/2 و104×3 انجام شده و نتایج حاصل از آنها با هم مقایسه شده است. همچنین با تغییر گام های طولی و عرضی بین لوله ها تاثیر تغییر این پارامتر بر جریان و انتقال حرارت بررسی شده است. نتایج حاصل از اعتبارسنجی انجام شده حاکی از مطابقت بسیار خوب نتایج مطالعه ی حاضر و مطالعات عددی پیشین و اندازه گیری های انجام شده است. شبیه سازی عددی جریان نشان می دهد با افزایش گام های طولی و عرضی عدد ناسلت میانگین روی لوله 1/8% کاهش و با افزایش عدد رینولدز از 104×8/1 به 104×3 عدد ناسلت 48% افزایش می یابد. پیش بینی جریان نانوسیالات نیز نشان دهنده ی افزایش انتقال حرارت با افزایش عدد رینولدز است. نانوسیال "cuo" -اتیلن گلیکول/آب با غلظت حجمی نانوذرات 6% بیش از بقیه نانوسیالات تحت تاثیر عدد رینولدز قرار دارند، به طوریکه عدد ناسلت، با افزایش عدد رینولدز از 104×8/1 به 104×3، حدود 5/49% رشد، نشان می دهد. با افزودن نانوذرات به سیال پایه نیز عدد ناسلت افزایش می یابد، چنانکه بیشترین افزایش برای ?"al" ?_"2" "o" _"3" -اتیلن گلیکول/آب با غلظت حجمی نانوذرات 6%، در عدد رینولدز 104×3 مشاهده شده است که نسبت به سیال پایه 13/1 برابر می شود، همچنین با افزایش غلظت حجمی نانوذرات عملکرد حرارتی نانوسیالات بهبود می یابد به طوریکه نتایج نشان دهنده ی بیشترین تاثیر افزایش غلظت حجمی بر عدد ناسلت، برای ?"al" ?_"2" "o" _"3" -اتیلن گلیکول/آب، در عدد رینولدز 104×3 (4/8%) است. افت فشار روند مشخصی نسبت به میزان غلظت حجمی نشان نمی دهد اما برای همه ی نانوسیالات با افزایش عدد رینولدز افت فشار افزایش می یابد و این افزایش با تغییر عدد رینولدز از 104×8/1 به 104×3 برای نانوسیال "cuo" -اتیلن گلیکول/آب، با غلظت حجمی 4%، 2/14% می-باشد که بیشترین تغییر در افت فشار میان نانوسیالات استفاده شده با غلظت های حجمی متفاوت است. در نهایت نتایج نشان می دهد که نسبت عملکرد حرارتی هیدرولیکی همه ی نانوسیالات بالاتر از یک است که حاکی از عملکرد مناسب تر همه ی نانوسیالات نسبت به سیال پایه است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که نانوسیال ?"al" ?_"2" "o" _"3" -اتیلن گلیکول/آب با غلظت حجمی 6% در عدد رینولدز 104×8/1 بهترین عملکرد حرارتی هیدرولیکی را نسبت به دیگر نانوسیالات بررسی شده در اعداد رینولدز مختلف دارند.