بررسی جریان و انتقال حرارت لایه مرزی آرام نانوسیالات برروی صفحه تخت

در پایان نامه حاضر، انتقال حرارت نانوسیال¬ها در لایه مرزی آرام بر روی صفحه تخت به صورت نظری بررسی شده است. صفحه تخت در دو حالت قرار گرفته در معرض جریان جابجایی اجباری و جریان جایجایی طبیعی نانوسیال و همچنین در دو حالت قرار گرفته در محیط معمولی و مغروق در ماده متخلخل بررسی شده است. حرکت نسبی نانوذرات در سیال پایه با استفاده از معادلات شار رانش مدلسازی شده است. در معادلات حاکم تاثیر حرکت نانوذرات در سیال پایه و ایجاد گرادیان غلظت در لایه مرزی بر انتقال حرارت و تغییر خواص رسانش حرارتی و لزجت دینامیک نانوسیال به حساب آمده است. در ادامه، از فرضیات لایه مرزی برای ساده سازی معادلات حاکم استفاده گردید. سپس، معادلات پاره ای حاکم با استفاده از متغیرهای تشابهی به معادلات دیفرانسیل غیر خطی مرتبه بالا کاهش یافتند. معادلات به دست آمده به روش عددی حل شد. نتایج به دست آمده در برخی حالات ساده شده با پژوهش های پیشین مقایسه شد و صحت محاسبات تایید شد. نتایج در دو محور: بررسی تاثیر وجود نانوذرات بر انتقال حرارت و مشخصه های لایه مرزی به صورت بی بعد و مطالعه موردی ارائه گردید. همچنین، با استفاده از الگوریتم بهینه سازی زنبور عسل، قطر بهینه نانوذرات آلومینیا در سیال پایه نفت سفید به منظور افزایش انتقال حرارت محاسبه گردید. نتایج نشان داد که برای انتقال حرارت جابجایی طبیعی نانوسیال بر روی صفحه تخت در محیط معمولی می توان قطر بهینه ای در محدوده nm 5 تا nm 7 یافت که با استفاده از آن انتقال حرارت بیشینه می شود. مطالعه موردی انتقال حرارت اجباری نانوسیالات (در هردو محیط معمولی و متخلخل) نشان می دهد که استفاده از نانوذرات باعث افزایش انتقال حرارت جابجایی می شود. در برخی موارد افزایش انتقال حرارت شدید بوده و در برخی موارد نیز بسیار اندک است. برای مثال در انتقال حرارت جابجایی اجباری در محیط معمولی، استفاده از 5% کسر حجمی نانوذرات nm 44 آلومینیا در نفت سفید باعث 30% بهبود انتقال حرارت می گردد. این در حالی است که استفاده از 5% کسر حجمی نانوذرات آلومینیا با قطر متوسط nm 43 در سیال پایه آب تنها موجب 1% افزایش انتقال حرارت جابجایی می گردد. استفاده از نانوذرات در انتقال حرارت جابجایی طبیعی می تواند موجب افزایش یا کاهش انتقال حرارت شود. برای مثال با استفاده از کسر حجمی 5% نانوذرات nm 44 آلومینیا در نفت سفید می توان به 26% بهبود در انتقال حرارت دست یافت. این درحالی است که استفاده از 5% کسر حجمی نانوذرات nm 43 آلومینیا در آب موجب 3% کاهش انتقال حرارت می گردد. استفاده از نانوذرات در انتقال حرارت جابجایی طبیعی در محیط متخلخل باعث کاهش انتقال حرارت جابجایی می گردد.